一種基于雙拉線編碼器的平面位置測定及SCARA機器人末端誤差檢測的方法

侯昱輝

摘 ?要：測量技術與各個領域的技術發展息息相關。近百年以來各行各業發展勢頭迅猛，尤其是信息技術方面的迅猛發展對測量技術提出了更高的要求。測量技術的蓬勃發展更是大大提高了測試測量儀器的準確性和效率，為科學技術的發展提供了有力的保證。在精密機械，電子和微機電系統等行業中，對精密測量和定位的要求更是日益嚴格。如今，各種各樣的定位測量設備充斥著市場，二維光柵和三維測量機更是已在世界范圍內廣泛使用，但是由于其價格昂貴以及需要學習如何使用支持軟件，它無疑提高了其使用的門檻。本文主要使用雙拉線編碼器組成直角坐標系，以檢測SCARA機器人末端的錯誤。

關鍵詞：測量技術;雙拉線編碼器;笛卡爾坐標系;末端誤差檢測

引言

目前，隨著科學技術的蓬勃發展，測量技術對測量技術和測量設備提出了更高的要求，目前市場上廣泛使用的二位光柵和三維測量機價格昂貴且軟件學習成本大，上手較難。圖像處理容易丟幀且對設備的響應速度要求極高否則會影響數據處理。

對機械設備的位置及速度檢測精度越來越要求嚴格，同時也對成本，安全性與可靠性方面也有更高的要求，本文采用雙拉線編碼器可以完善這些要求，以雙拉線編碼器為主要測量器件，通過數據采集板和上位機可以得到雙拉線編碼器的坐標位置，同時該系統是閉環系統，能夠對位置進行補償，精度更加準確。

1 測量方法

1.1標定笛卡爾直角坐標系的位置

如下圖1所示，坐標系標定系統是由基板1、拉線編碼器2、旋轉臺部件3、直線軸承基座4、法蘭直線軸承5、鉸接部件6、數據采集板7、計算機8組成的，所述的旋轉臺部件3和所述的直線軸承基座4都通過螺栓固定在所述的基板1上，所述的鉸接部件6的軸末端裝配在所述的法蘭直線軸承5內，所述的拉線編碼器2裝配在所述的旋轉臺部件3上。所述的兩拉線編碼器2通過數據線與所述的數據采集板7連接，所述的數據采集板7通過數據線與所述的計算機8連接。

如下圖2所示為測量原理圖，兩拉線編碼器之間的距離N使用光柵尺進行標定，且兩拉線編碼器旋轉中心點分別與鉸接點的距離L1、L2可以通過編碼器讀出，而后使用如下公式：

即可求出θ值，而后使用如下公式：

即可求出笛卡爾直角坐標系中的x、y值。

所求出的x、y值 進行反推，即為我們所設立的笛卡爾直角坐標系的原點。至此笛卡爾直角坐標系的標定完成。

1.2旋轉臺部件

旋轉臺部件3是由上轉臺、軸承、軸承基座組成的，所述的上轉臺的末端軸端和所述的軸承的內圈配合，所述的軸承基座和所述的軸承的外圈配合，拉線編碼器通過螺栓固定在所述的上轉臺上面。

1.3鉸接部件

鉸接部件6是由上鉸接片、微型軸承、下鉸接片組成的，所述的上鉸接片的末端軸端和所述的微型軸承內圈配合，所述的下鉸接片和所述的微型軸承外圈配合，所述的下鉸接片的末端軸端和法蘭直線軸承內圈配合。

2 分辨率及精度確定

拉線編碼器使用市場上常用的高分辨率高精度款，常用的為，分辨率：0.003 mm/脈沖，精度：0.05%FS，再使用可對脈沖信號進行四倍頻的數據采集板，可將分辨率提升至0.00075mm/脈沖，使得測量結果可達到微米級精度。

3 模擬試驗

如下圖3所示，測量系統是由基板1、拉線編碼器2、旋轉臺部件3、鉸接部件6、數據采集板7、計算機8、SCARA機器人9組成的，所述的SCARA機器人9的末端與鉸接部件6的軸承內圈配合，而后通過所述的計算機8調整所述的SCARA機器人9的末端高度使其與所述的拉線編碼器2的出線處保持在同一高度，所述的計算機8對所述的SCARA機器人9發送運動指令，而后所述的拉線編碼器2會將測得的實時數據同步傳送到所述的采集板7，而后所述的采集板7通過數據線傳送給所述的計算機8，將理論數據和實際測得數據進行比較即可得到SCARA機器人的末端運動誤差。

4 結論

采用此方法測得的SCARA機器人末端的圓度誤差達到微米級，較為精確。此外其相較于三坐標測量機、激光跟蹤儀、高速視覺CDD等設備造價低廉和機械結構較為簡單，容易上手操作。其缺點是使用對象單一。但是其研究意義還是非常重大，發展前景還是一片光明。

參考文獻

[1]? 夏豪杰. 高精度二維平面光柵測量系統及關鍵技術研究[D].合肥工業大學.2006.05.

[2]? 賈伯年.傳感器技術[M].東南大學出版社.2006，12.

[3]? 付旭東;徐冰等.位置檢測裝置——光電編碼器[J].沈陽電力高等專科學校學報.2002.10.

[4]? 董登峰;周維虎等.激光跟蹤儀精密跟蹤系統的設計[J].光學精密工程.2016.2.

[5]? 陳繼華;張基明等.基于PSD的準直激光線位置檢測裝置設計[J].測控技術.2012.10.

[6]? 吳益飛;王志宏等.基于CAN總線的一體化角位置檢測裝置設計與實現[J].計算機測量與控制.2013.9.

[7]? 武星;陳華;凌步軍;樓佩煌;王金榮.高速小孔切割的圓度誤差測試與伺服參數優化[J].2018.04