本發(fā)明屬于工業(yè)機器人的標(biāo)定方法，特別是一種基于電磁編碼器的機器人零位標(biāo)定方法。

背景技術(shù)：

由于機器人在加工制造和裝配過程中，不可避免地帶來結(jié)構(gòu)參數(shù)的誤差，使得末端執(zhí)行器位姿產(chǎn)生誤差。同時，在實際應(yīng)用機器人作業(yè)過程中，會由于碰撞、磨損、拆裝維護等諸多原因而影響機器人精度。因此，對機器人的結(jié)構(gòu)參數(shù)進行標(biāo)定，以獲得更加精確的結(jié)構(gòu)參數(shù)值，對于提高機器人的位姿精度是非常重要的。

在影響機器人絕對定位精度的因素中，零位誤差所占比重高達97％，成為首要解決的機器人誤差因素。機器人零位誤差是指機器人各活動關(guān)節(jié)在初始位置(即機器人零位值)時的相對誤差值。機器人零位標(biāo)定的目標(biāo)則是對零位誤差值進行辨識和補償。當(dāng)前的機器人零位標(biāo)定方法主要可分為兩類，一類是通過算法辨識的方法，即首先建立零位誤差的誤差模型，再借助外界測量設(shè)備或幾何約束關(guān)系對誤差進行離線或在線辨識；另一類零位標(biāo)定方法是通過機器人處于零位值時的幾何關(guān)系(水平或垂直)確定零位值，采用的軸銷定位方法，這種方法需要事先在機器人本體上加工出各軸對應(yīng)的對準(zhǔn)孔(或輔助工裝)，機器人零位校準(zhǔn)時依次移動機器人的1～6個關(guān)節(jié)，靠插入定位銷的方式實現(xiàn)機器人零位的校準(zhǔn)。以上兩種方法中，前一種方法雖然精度較高，但操作過程繁復(fù)、測量設(shè)備昂貴等方面的原因一般用于科研活動中，后一種方法則原理簡單、方法實用。

雖然后一種方法操作簡便，但需要事先對機器人的定位孔或定位面進行加工，校準(zhǔn)時需要不斷調(diào)整機器人關(guān)節(jié)，整個過程十分耗時且精度遠不及前一種方法。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

發(fā)明目的：為解決現(xiàn)有技術(shù)的不足，提出一種精確、省時的機器人零位標(biāo)定方法。

技術(shù)方案：一種基于電磁編碼器的機器人零位標(biāo)定方法，包括以下步驟：

(1)調(diào)整機器人1軸至初始零位置，在機器人1～6軸的相應(yīng)位置分別安裝電磁編碼器，安裝時使各電磁編碼器的X軸及Y軸分別與機器人建模坐標(biāo)系的X軸和Y軸平行；

(2)調(diào)整機器人的2軸使其坐標(biāo)系的X軸至水平狀態(tài)，即使第二電磁編碼器的X軸θ角讀數(shù)顯示為0，并記錄Y軸的γ角讀數(shù)R；

(3)鎖定機器人2～6軸，將機器人1軸從初始位置轉(zhuǎn)動180°，記錄第一電磁編碼器X軸的讀數(shù)λ；

(4)將機器人1軸返回至初始零位置，2軸移動至λ/2角位置，將此位置設(shè)為第二電磁編碼器的參考零位，并將此位置確定為2軸的零位；

(5)保證機器人6軸法蘭上的第六電磁編碼器的X軸及Y軸與機器人建模坐標(biāo)系的X軸和Y軸之間的平行關(guān)系，通過參數(shù)辨識的方法獲得3～6軸的零位偏差；

(6)利用步驟(1)～(5)獲得的機器人零位偏差，對機器人進行零位補償，完成標(biāo)定。

進一步的，步驟(1)所述的機器人2軸建模坐標(biāo)系的Z軸與機器人2軸關(guān)節(jié)軸線到3軸關(guān)節(jié)軸線的公垂線方向平行，Y軸與機器人2軸關(guān)節(jié)軸線平行，X軸參考右手定則確定。

進一步的，步驟(2)所述的機器人初始位置傾角θ角和γ角為沿X軸和Y軸的底面傾斜角。

進一步的，步驟(5)所述的機器人6軸建模坐標(biāo)系的X軸及Y軸或Y軸及X軸分別與6軸關(guān)節(jié)軸線及5軸關(guān)節(jié)軸線平行，Z軸參考右手定則確定。

進一步的，步驟(1)至步驟(6)所述機器人1～6軸分別為實現(xiàn)機器人1～6個自由度的底座關(guān)節(jié)、肩關(guān)節(jié)、大臂關(guān)節(jié)、肘關(guān)節(jié)、小臂關(guān)節(jié)和手腕關(guān)節(jié)。

該機器人零位標(biāo)定方法采用電磁編碼器，并且每個軸上都設(shè)置有該電磁編碼器，這樣可以更精確的采集各個軸的位姿狀態(tài)，進而使得機器人零位標(biāo)定更為精確；采用該方法進行零位標(biāo)定后，采集的機器人各軸的數(shù)據(jù)經(jīng)控制器處理，可以更精準(zhǔn)控制機器人的狀態(tài)。

有益效果:由于磁力線可以穿透污染，因而編碼器內(nèi)部不受灰塵、油污和水汽的影響，傳感器與碼盤的距離最大可達3mm，碼盤及其堅固，所有電子部件灌膠密封，因而不怕振動沖擊，適合于機器人苛刻工況下的應(yīng)用；且僅需進行幾步操作即可實現(xiàn)整個機器人的零位標(biāo)定，并可提高機器人的零位對準(zhǔn)精度，節(jié)省了零位標(biāo)定的操作時間。

附圖說明

圖1為本發(fā)明方法所用的機器人及電磁編碼器的安裝示意圖。

圖2為本發(fā)明的電磁編碼器磁極發(fā)射原理示意圖。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進一步的說明。

如圖1所示，為典型的工業(yè)機器人結(jié)構(gòu)示意圖，機器人本體通過底座安裝在工作臺上(圖中未示出)，底座以上依次串聯(lián)著機器人的1～6軸，即機器人的底座關(guān)節(jié)1、肩關(guān)節(jié)2、大臂關(guān)節(jié)3、肘關(guān)節(jié)4、小臂關(guān)節(jié)5和手腕關(guān)節(jié)6，各軸之間通過旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)聯(lián)接。同時，1～6軸上分別安裝有第一電磁編碼器7、第二電磁編碼器8、第三電磁編碼器9、第四電磁編碼器10、第五電磁編碼器11和第六電磁編碼器12。

使用電磁編碼器工作原理進行零位標(biāo)定首先必須保證編碼器的正確安裝。圖1給出了第一至第六電磁編碼器分別在機器人1至6軸上的安裝位置。

標(biāo)定時，調(diào)整機器人1軸至初始零位置，在機器人1～6軸的相應(yīng)位置分別安裝電磁編碼器，安裝時使各電磁編碼器的X軸及Y軸分別與機器人建模坐標(biāo)系的X軸和Y軸平行；調(diào)整機器人的2軸使其坐標(biāo)系的X軸至水平狀態(tài)，即使第二電磁編碼器的X軸θ角讀數(shù)顯示為0，并記錄Y軸的γ角讀數(shù)R；鎖定機器人2～6軸，將機器人1軸從初始位置轉(zhuǎn)動180°，記錄第一電磁編碼器X軸的讀數(shù)λ；將機器人1軸返回至初始零位置，2軸移動至λ/2角位置，將此位置設(shè)為第二電磁編碼器的參考零位，并將此位置確定為2軸的零位；保證機器人6軸法蘭上的第六電磁編碼器的X軸及Y軸與機器人建模坐標(biāo)系的X軸和Y軸之間的平行關(guān)系，通過參數(shù)辨識的方法獲得3～6軸的零位偏差；利用前面步驟獲得的機器人零位偏差，對機器人進行零位補償，完成標(biāo)定。

本發(fā)明僅需進行幾步操作即可實現(xiàn)整個機器人的零位標(biāo)定，并可提高機器人的零位對準(zhǔn)精度，節(jié)省了零位標(biāo)定的操作時間，且不怕振動沖擊，適合于機器人苛刻工況下的應(yīng)用。

如圖2所示，為電磁編碼器磁極發(fā)射原理示意圖，電磁編碼器由磁性轉(zhuǎn)子1、磁阻編碼器2和磁極對3組成。電磁編碼器采用磁阻檢測原理，掃描系統(tǒng)由磁環(huán)及傳感器組成，磁環(huán)有多個磁極緊密排列而成，N-S極有磁力線，磁環(huán)旁傳感器可以檢測到磁力線的變化，當(dāng)磁環(huán)旋轉(zhuǎn)時，磁力線發(fā)生變化，傳感器根據(jù)磁力線變化(磁力線角度方向)輸出信號，而寬距技術(shù)科使轉(zhuǎn)子與傳感器間的距離是通常編碼器的2～4倍大，避免了因?qū)χ胁粶?zhǔn)、電機軸跳和軸承移動等原因?qū)鞲衅髟斐傻膿p壞，電磁式編碼器的磁性碼盤是用磁化方法制成的，按編碼圖形制作成磁化區(qū)(磁導(dǎo)率高)和非磁化區(qū)(磁導(dǎo)率低)的圓盤。它采用了小型磁環(huán)或微型馬蹄形磁芯作磁頭，磁頭靠近時但不接觸碼盤表面。每個磁頭(環(huán))上繞有兩個繞組，原邊繞組是用恒幅、恒頻的正弦波激勵，該線圈被稱為詢問繞組，輸出繞組(或讀出繞組)通過感應(yīng)碼盤時將磁化信號轉(zhuǎn)換為電信號。當(dāng)詢問繞組被激勵以后，輸出繞組產(chǎn)生同頻信號，但其幅值和兩繞組匝數(shù)比有關(guān)，也與磁頭附近有無磁場有關(guān)。當(dāng)磁頭對準(zhǔn)磁化區(qū)時，磁路飽和，輸出電壓很低。若磁頭對準(zhǔn)非磁化區(qū)，輸出電壓會很高。輸出電壓經(jīng)邏輯狀態(tài)的調(diào)制，就得到用“1”、“0”表示的方波榆出，幾個磁頭同時輸出就形成了數(shù)碼。

電磁式編碼器采用磁電式設(shè)計，通過磁感應(yīng)器件、利用磁場的變化來產(chǎn)生和提供轉(zhuǎn)子的絕對位置，利用磁器件代替了傳統(tǒng)的碼盤，彌補了傳統(tǒng)編碼器的這一些缺陷，更具抗震、耐腐蝕、耐污染、性能可靠高、結(jié)構(gòu)更簡單。

以上所述僅為本發(fā)明的優(yōu)選實施例，并非因此限制本發(fā)明的專利范圍，凡是利用本發(fā)明說明書及附圖內(nèi)容所作的等效變換，均同理包括在本發(fā)明的專利保護范圍內(nèi)。