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

背景技術(shù)：

由于機(jī)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(shí)，在實(shí)際應(yīng)用機(jī)器人作業(yè)過程中，會(huì)由于碰撞、磨損、拆裝維護(hù)等諸多原因而影響機(jī)器人精度。因此，對(duì)機(jī)器人的結(jié)構(gòu)參數(shù)進(jìn)行標(biāo)定，以獲得更加精確的結(jié)構(gòu)參數(shù)值，對(duì)于提高機(jī)器人的位姿精度是非常重要的。

在影響機(jī)器人絕對(duì)定位精度的因素中，零位誤差所占比重高達(dá)97％，成為首要解決的機(jī)器人誤差因素。機(jī)器人零位誤差是指機(jī)器人各活動(dòng)關(guān)節(jié)在初始位置(即機(jī)器人零位值)時(shí)的相對(duì)誤差值。機(jī)器人零位標(biāo)定的目標(biāo)則是對(duì)零位誤差值進(jìn)行辨識(shí)和補(bǔ)償。當(dāng)前的機(jī)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(shí)的方法，即首先建立零位誤差的誤差模型，再借助外界測(cè)量設(shè)備或幾何約束關(guān)系對(duì)誤差進(jìn)行離線或在線辨識(shí)；另一類零位標(biāo)定方法是通過機(jī)器人處于零位值時(shí)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(jī)器人本體上加工出各軸對(duì)應(yīng)的對(duì)準(zhǔn)孔(或輔助工裝)，機(jī)器人零位校準(zhǔn)時(shí)依次移動(dòng)機(jī)器人的1～6個(gè)關(guān)節(jié)，靠插入定位銷的方式實(shí)現(xiàn)機(jī)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(cè)量設(shè)備昂貴等方面的原因一般用于科研活動(dòng)中，后一種方法則原理簡(jiǎn)單、方法實(shí)用。

雖然后一種方法操作簡(jiǎn)便，但需要事先對(duì)機(jī)器人的定位孔或定位面進(jìn)行加工，校準(zhǔn)時(shí)需要不斷調(diào)整機(jī)器人關(guān)節(jié)，整個(gè)過程十分耗時(shí)且精度遠(yuǎn)不及前一種方法。

技術(shù)實(shí)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(shí)的機(jī)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(jī)器人零位標(biāo)定方法，包括以下步驟：

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

(2)調(diào)整機(jī)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(jī)器人2～6軸，將機(jī)器人1軸從初始位置轉(zhuǎn)動(dòng)180°，記錄第一電磁編碼器X軸的讀數(shù)λ；

(4)將機(jī)器人1軸返回至初始零位置，2軸移動(dòng)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(jī)器人6軸法蘭上的第六電磁編碼器的X軸及Y軸與機(jī)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(shí)的方法獲得3～6軸的零位偏差；

(6)利用步驟(1)～(5)獲得的機(jī)器人零位偏差，對(duì)機(jī)器人進(jìn)行零位補(bǔ)償，完成標(biāo)定。

進(jìn)一步的，步驟(1)所述的機(jī)器人2軸建模坐標(biāo)系的Z軸與機(jī)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(jī)器人2軸關(guān)節(jié)軸線平行，X軸參考右手定則確定。

進(jìn)一步的，步驟(2)所述的機(jī)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(jìn)一步的，步驟(5)所述的機(jī)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(jìn)一步的，步驟(1)至步驟(6)所述機(jī)器人1～6軸分別為實(shí)現(xiàn)機(jī)器人1～6個(gè)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(jī)器人零位標(biāo)定方法采用電磁編碼器，并且每個(gè)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(gè)軸的位姿狀態(tài)，進(jìn)而使得機(jī)器人零位標(biāo)定更為精確；采用該方法進(jìn)行零位標(biāo)定后，采集的機(jī)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(jī)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(dá)3mm，碼盤及其堅(jiān)固，所有電子部件灌膠密封，因而不怕振動(dòng)沖擊，適合于機(jī)器人苛刻工況下的應(yīng)用；且僅需進(jìn)行幾步操作即可實(shí)現(xiàn)整個(gè)機(jī)器人的零位標(biāo)定，并可提高機(jī)器人的零位對(duì)準(zhǔn)精度，節(jié)省了零位標(biāo)定的操作時(shí)間。

附圖說明

圖1為本發(fā)明方法所用的機(jī)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(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的說明。

如圖1所示，為典型的工業(yè)機(jī)器人結(jié)構(gòu)示意圖，機(jī)器人本體通過底座安裝在工作臺(tái)上(圖中未示出)，底座以上依次串聯(lián)著機(jī)器人的1～6軸，即機(jī)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(shí)，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(jìn)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(jī)器人1至6軸上的安裝位置。

標(biāo)定時(shí)，調(diào)整機(jī)器人1軸至初始零位置，在機(jī)器人1～6軸的相應(yīng)位置分別安裝電磁編碼器，安裝時(shí)使各電磁編碼器的X軸及Y軸分別與機(jī)器人建模坐標(biāo)系的X軸和Y軸平行；調(diào)整機(jī)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(jī)器人2～6軸，將機(jī)器人1軸從初始位置轉(zhuǎn)動(dòng)180°，記錄第一電磁編碼器X軸的讀數(shù)λ；將機(jī)器人1軸返回至初始零位置，2軸移動(dòng)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(jī)器人6軸法蘭上的第六電磁編碼器的X軸及Y軸與機(jī)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(shí)的方法獲得3～6軸的零位偏差；利用前面步驟獲得的機(jī)器人零位偏差，對(duì)機(jī)器人進(jìn)行零位補(bǔ)償，完成標(biāo)定。

本發(fā)明僅需進(jìn)行幾步操作即可實(shí)現(xiàn)整個(gè)機(jī)器人的零位標(biāo)定，并可提高機(jī)器人的零位對(duì)準(zhǔn)精度，節(jié)省了零位標(biāo)定的操作時(shí)間，且不怕振動(dòng)沖擊，適合于機(jī)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(duì)3組成。電磁編碼器采用磁阻檢測(cè)原理，掃描系統(tǒng)由磁環(huán)及傳感器組成，磁環(huán)有多個(gè)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(cè)到磁力線的變化，當(dāng)磁環(huán)旋轉(zhuǎn)時(shí)，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(hào)，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(jī)軸跳和軸承移動(dòng)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(shí)但不接觸碼盤表面。每個(gè)磁頭(環(huán))上繞有兩個(gè)繞組，原邊繞組是用恒幅、恒頻的正弦波激勵(lì)，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(shí)將磁化信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)。當(dāng)詢問繞組被激勵(lì)以后，輸出繞組產(chǎn)生同頻信號(hào)，但其幅值和兩繞組匝數(shù)比有關(guān)，也與磁頭附近有無(wú)磁場(chǎng)有關(guān)。當(dāng)磁頭對(duì)準(zhǔn)磁化區(qū)時(shí)，磁路飽和，輸出電壓很低。若磁頭對(duì)準(zhǔn)非磁化區(qū)，輸出電壓會(huì)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(gè)磁頭同時(shí)輸出就形成了數(shù)碼。

電磁式編碼器采用磁電式設(shè)計(jì)，通過磁感應(yīng)器件、利用磁場(chǎng)的變化來產(chǎn)生和提供轉(zhuǎn)子的絕對(duì)位置，利用磁器件代替了傳統(tǒng)的碼盤，彌補(bǔ)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(jiǎn)單。

以上所述僅為本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)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(hù)范圍內(nèi)。