[发明专利]机器人关节初始位置精确定位方法及装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种机器人关节初始位置精确定位方法，以及实现该方法的装置。

背景技术

机器人一般由多个关节通过组合实现各种运动功能，其初始位置是指机器人工作或运动前各运动关节的初始位置，机器人所有运动都是相对于该初始位置，因此，初始位置的确定是机器人工作或运动的一个前提条件，所以，在机器人正常工作之前，必须采用一定的方法来精确确定其初始位置。

现有技术中，机器人关节初始位置定位方法常见的有三种：

(1)利用绝对式编码器确定。绝对式编码器一般安装在机器人关节处，对于每一个角度编码器会产生唯一的输出量，这样可以根据其输出数据信息来获取机器人关节的绝对位置。这种方法精度高，易操作，但是绝对式编码器一般体积较大，价格昂贵，其输出信号复杂，接线多，会使机构复杂化，同时还需用复杂的接口电路才能实现对其输出数据信息的读取。

(2)采用机械限位传感器确定。当关节运动到预定初始位置的时候触发限位开关，由此信号来确定初始零位。这种方法原理简单，但是定位精度最差，而且自动化程度不高，初始位置会受到不确定因素的影响而不唯一。

(3)利用霍尔传感器或光电传感器来确定，在机器人关节运动范围内按照一定规律布置两个以上的上述传感器，这些传感器的位置经过测量并记录在机器人控制系统中，机器人上电时，首先驱动关节按照一定方向旋转，当关节旋转至上述传感器位置时，读取存储在机器人控制系统中的该开关对应的关节位置值，这样可以确定该关节的初始位置。此方法定位精度较高，但是必须用到多个传感器，否则无法判断电机最初转动方向，会导致电机转动方向相反而无法找到准确的位置传感器；为了增加可靠性一般要在两个极限位置设置传感器，增加了系统的复杂性；同时，如果不针对传感器的回差进行补偿，将无法消除传感器回差的影响，降低零位的定位精度。

发明内容

针对现有技术中的上述技术问题，本发明的目的在于提供一种低成本、易安装、定位精度高的机器人关节初始定位方法。

本发明通过如下的技术方案实现。

一种机器人关节初始定位方法，包括以下步骤：

(1)机器人在上电工作时，中央控制系统向各个关节控制器发出找零指令；

(2)各个关节控制器判断行程开关的闭合或释放状态，以确定关节旋转方向；

(3)根据确定的关节旋转方向，各个关节开始慢速旋转寻找事先确定的霍尔目标信号；

(4)找到目标霍尔信号后，开始捕捉电机轴Z脉冲信号；

(5)捕捉到Z脉冲信号的同时，关节停止转动，此时的位置是唯一的，记录当前位置，从而确定机器人的初始位置。

与现有技术相比，本发明实现了机器人初始位置精确定位的自动化，具有成本低、结构简单、操作容易、精度高的优点。

附图说明

图1a、1b、1c是本发明的定位方法结构示意图，

图2是本发明定位方法的定位流程图。

其中各附图标记含义如下：

1-相对固定关节，2-行程开关，3-行程挡片，4-转动电机组件(增量式编码器、电机、减速机)，5-转动关节，6-磁珠，7-霍尔传感器，8-行程开关释放位置，9-行程开关闭合位置。

具体实施方式

图1a-1c为定位结构示意图，1为相对固定关节，5为转动关节，当磁珠6(固定于旋转关节5上)与霍尔传感器7(固定于相对固定关节1上)重合时会捕捉到霍尔信号和电机Z脉冲信号，这一个唯一位置就是关节的初始零位置。由于霍尔传感器在上电前相对于旋转关节所处的初始位置是随机的，共有三个位置，图1-(a)为磁珠6左侧，图1-(b)为零位位置，图1-(c)为磁珠6右侧，因此，在关节找零位时，旋转关节可能会沿着逆时针(图1-(a))或者顺时针(图1-(c))两个不同方向旋转，所以在执行零位寻找，关节旋转前必须明确磁珠6与霍尔传感器7的相对位置，以便确定旋转关节的旋转方向，为此，加一行程开关2和行程挡片3(两者可以根据零位位置任意位置安装)来实现旋转方向的确定，例如：

图1a，行程挡片3压下行程开关2，使其处于闭合状态，如果外部接一状态检测电路，其闭合状态会被检测到并送至旋转关节5运动控制器，经过相应处理，此时，旋转关节5会逆时针旋转，以便能够保证磁珠6与霍尔传感器7的位置重合而找到准确的零位；

图1c，行程挡片3没有压下行程开关2，使其处于释放状态，其释放状态会被检测到并送至旋转关节5运动控制器，经过相应处理，此时，旋转关节5会顺时针旋转，以便能够保证磁珠6与霍尔传感器7的位置重合而找到准确的零位；