[发明专利]一种基于电磁编码器的机器人零位标定方法

说明书

技术领域

本发明属于工业机器人的标定方法，特别是一种基于电磁编码器的机器人零位标定方法。

背景技术

由于机器人在加工制造和装配过程中，不可避免地带来结构参数的误差，使得末端执行器位姿产生误差。同时，在实际应用机器人作业过程中，会由于碰撞、磨损、拆装维护等诸多原因而影响机器人精度。因此，对机器人的结构参数进行标定，以获得更加精确的结构参数值，对于提高机器人的位姿精度是非常重要的。

在影响机器人绝对定位精度的因素中，零位误差所占比重高达97％，成为首要解决的机器人误差因素。机器人零位误差是指机器人各活动关节在初始位置(即机器人零位值)时的相对误差值。机器人零位标定的目标则是对零位误差值进行辨识和补偿。当前的机器人零位标定方法主要可分为两类，一类是通过算法辨识的方法，即首先建立零位误差的误差模型，再借助外界测量设备或几何约束关系对误差进行离线或在线辨识；另一类零位标定方法是通过机器人处于零位值时的几何关系(水平或垂直)确定零位值，采用的轴销定位方法，这种方法需要事先在机器人本体上加工出各轴对应的对准孔(或辅助工装)，机器人零位校准时依次移动机器人的1～6个关节，靠插入定位销的方式实现机器人零位的校准。以上两种方法中，前一种方法虽然精度较高，但操作过程繁复、测量设备昂贵等方面的原因一般用于科研活动中，后一种方法则原理简单、方法实用。

虽然后一种方法操作简便，但需要事先对机器人的定位孔或定位面进行加工，校准时需要不断调整机器人关节，整个过程十分耗时且精度远不及前一种方法。

发明内容

发明目的：为解决现有技术的不足，提出一种精确、省时的机器人零位标定方法。

技术方案：一种基于电磁编码器的机器人零位标定方法，包括以下步骤：

(1)调整机器人1轴至初始零位置，在机器人1～6轴的相应位置分别安装电磁编码器，安装时使各电磁编码器的X轴及Y轴分别与机器人建模坐标系的X轴和Y轴平行；

(2)调整机器人的2轴使其坐标系的X轴至水平状态，即使第二电磁编码器的X轴θ角读数显示为0，并记录Y轴的γ角读数R；

(3)锁定机器人2～6轴，将机器人1轴从初始位置转动180°，记录第一电磁编码器X轴的读数λ；

(4)将机器人1轴返回至初始零位置，2轴移动至λ/2角位置，将此位置设为第二电磁编码器的参考零位，并将此位置确定为2轴的零位；

(5)保证机器人6轴法兰上的第六电磁编码器的X轴及Y轴与机器人建模坐标系的X轴和Y轴之间的平行关系，通过参数辨识的方法获得3～6轴的零位偏差；

(6)利用步骤(1)～(5)获得的机器人零位偏差，对机器人进行零位补偿，完成标定。

进一步的，步骤(1)所述的机器人2轴建模坐标系的Z轴与机器人2轴关节轴线到3轴关节轴线的公垂线方向平行，Y轴与机器人2轴关节轴线平行，X轴参考右手定则确定。

进一步的，步骤(2)所述的机器人初始位置倾角θ角和γ角为沿X轴和Y轴的底面倾斜角。

进一步的，步骤(5)所述的机器人6轴建模坐标系的X轴及Y轴或Y轴及X轴分别与6轴关节轴线及5轴关节轴线平行，Z轴参考右手定则确定。

进一步的，步骤(1)至步骤(6)所述机器人1～6轴分别为实现机器人1～6个自由度的底座关节、肩关节、大臂关节、肘关节、小臂关节和手腕关节。

该机器人零位标定方法采用电磁编码器，并且每个轴上都设置有该电磁编码器，这样可以更精确的采集各个轴的位姿状态，进而使得机器人零位标定更为精确；采用该方法进行零位标定后，采集的机器人各轴的数据经控制器处理，可以更精准控制机器人的状态。

有益效果:由于磁力线可以穿透污染，因而编码器内部不受灰尘、油污和水汽的影响，传感器与码盘的距离最大可达3mm，码盘及其坚固，所有电子部件灌胶密封，因而不怕振动冲击，适合于机器人苛刻工况下的应用；且仅需进行几步操作即可实现整个机器人的零位标定，并可提高机器人的零位对准精度，节省了零位标定的操作时间。

附图说明

图1为本发明方法所用的机器人及电磁编码器的安装示意图。

图2为本发明的电磁编码器磁极发射原理示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步的说明。