CN105196311A - 一种六轴机器人的零点快速标定方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种六轴机器人的零点快速标定方法，包括以下步骤：将水平仪固定于机器人上与第一关节轴垂直的第一基准面上，标定完机器人第一关节轴后，将水平仪第一基准面与机器人的第二基准面固定完成第二关节轴标定，再将水平仪第一基准面与机器人的第三基准面固定，完成对第三、四、五、六关节轴进行标定，对第三、四、五、六关节轴进行标定可以通过机器人控制器采集第一水平传感器、第二水平传感器的指示数值自动完成。本发明利用三处基准面便可以完成六轴工业机器人的零点标定，减小了对机器人零件的加工要求，节省了标定时间，使繁琐的机器人标定工作变得更加简便。

Description

一种六轴机器人的零点快速标定方法

技术领域

本发明涉及一种六轴机器人的零点快速标定方法，属于工业机器人的标定方法领域。

背景技术

零点是机器人坐标系的基准，没有零点机器人就没有办法判断自身的位置。通常工业机器人在出厂之前均会对机器人的机械参数进行标定，给出工业机器人各连杆的参数及零点位置，但在特殊情况下，如电池更换、超越机械极限位置、与环境发生碰撞、手动移动机器人关节等均会造成零点的丢失，在此种情况下如何简易地寻求到机器人当前零点位置是机器人精确运动控制的保障。

目前，机器人的零点标定技术有以下几种：

第一，插销式，该方式在机器人关节的两个相对转动的两个零件在设计零点位置加工一个同样尺寸的孔，标定时，慢慢移动机器人的关节轴，当插销轴完全***两孔算标定完成，操作不方便，而且使用过程中不安全以及操作过程难度较大。例如南京埃斯顿自动化公司生产的16kg六轴工业机器人就是采用这种技术。

第二，千分表+V型曹式，类似于插销式，不同的是，在机器人关节的两个相对转动的两个零件在设计零点位置上，一个零件加工一个V型槽，另一个零件加工一个圆孔，圆孔可以放置千分表或者类似功能的计量仪器，机器人关节转动时，千分表触头跟V型槽接触，不停转动关节并读取千分表读数，最小值时即为关节零位。例如德国KUKA机器人公司和安徽埃夫特智能装备有限公司的机器人产品中均采用类似技术。安徽埃夫特公司申请的专利201220609107.2公开了一种千分表+V型曹式零点标定装置。

第三，水平仪+基准面式，该方式需要在机器人的每个连杆上加工一个基准面，标定时将水平仪固定在该基准面上，然后转动机器人关节，通过水平仪的指示找到每个关节的零位。

综上所述的现有技术中的工业机器人零点标定方法都需要在每个关节对应的零位位置加工销孔或V型槽，或者基准面，六轴的机器人需要加工6套的基准面，这对零件的加工精度提出来更高的要求，而且对机器人的装配精度要求也更加苛刻。同时，在标定过程中需要一个轴、一个轴顺次标定，过程繁琐。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种六轴机器人的零点快速标定方法，克服现有技术中在对机器人零点标定时加工工序复杂且对零件的加工精度和机器人的装配精度要求苛刻的缺陷。

本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种六轴机器人的零点快速标定方法，所述六轴机器人从底座开始依次包括通过连杆连接的第一关节轴、第二关节轴、第三关节轴、第四关节轴、第五关节轴及第六关节轴，

采用水平仪对所述第二关节轴、第三关节轴、第四关节轴、第五关节轴及第六关节轴的零点进行标定，所述水平仪包括相互垂直的水平仪第一基准面、水平仪第二基准面、水平仪第三基准面及设置在与所述水平仪第三基准面相对的面上的第一水平传感器和第二水平传感器，所述第一水平传感器的轴线垂直于所述水平仪第一基准面；所述第二水平传感器的轴线垂直于所述水平仪第二基准面，

所述第一关节轴一侧设有与第一关节轴垂直的第一基准面，所述第二关节轴与第三关节轴之间的连杆上设有与该连杆的轴线平行的第二基准面，所述第六关节轴处设有与第六关节轴垂直的第三基准面；

所述零点快速标定方法具体包括以下步骤：

步骤1)，将所述第一关节轴、第二关节轴、第三关节轴、第四关节轴、第五关节轴及第六关节轴调整至粗标定指示位置，以此时第一关节轴的位置作为零点；

步骤2)，将所述水平仪第三基准面固定在所述第一基准面上，调整机器人底座将所述第一水平传感器和第二水平传感器示数调整到0，或者将所述第一水平传感器和第二水平传感器示数置零；

步骤3)，将水平仪第一基准面与所述第二基准面固定，即第一水平传感器垂直于所述第二基准面，调整第二关节轴直至所述第一水平传感器示数为0，此时为第二关节轴的零位；或者将所述水平仪第二基准面与所述第二基准面固定，即水平传感器垂直于所述第二基准面，调整第二关节轴直至第二水平传感器示数为0，此时为第二关节轴的零位；

步骤4)，将所述水平仪第一基准面与所述第三基准面固定；

步骤5)，将第四关节轴正向旋转一微小角度，优选地可以为1度，稳定后，记录所述第一水平传感器的示数；将第四关节轴反向旋转同样的一微小角度，稳定后，记录所述第一水平传感器的示数；获得第四关节轴正反向旋转时所述第一水平传感器的示数差值；

步骤6)，如果步骤5)的示数差值为0，则第五关节轴在零点位置；

步骤7)，微调第三关节轴，直至所述第一水平传感器的示数为0，此时第三关节轴处于零点位置；

步骤8)，微调第四关节轴，直至所述第二水平传感器示数为0，此时第四关节轴、第六关节轴处于零位。

本发明的有益效果是：本发明利用第一基准面、第二基准面及第三基准面便可以完成六轴工业机器人的零点标定，减小了对机器人零件的加工要求；另外，三、四、五、六轴的标定，通过一次装夹水平仪，便可完成4个轴的零点标定，节省了标定时间，使繁琐的机器人标定工作变得更加简便。

在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。

本发明如上所述一种六轴机器人的零点快速标定方法，进一步，步骤6)中，如果步骤5)的示数差值不为0，微调第五关节轴，重复步骤5，直至第四关节轴正反向旋转时所述第一水平传感器的示数差值0。

本发明如上所述一种六轴机器人的零点快速标定方法，进一步，如果微调第五关节轴，重复步骤5)后的示数差值变大，则确定微调第五关节轴的方向错误，应向相反方向微调第五关节轴。

本发明如上所述一种六轴机器人的零点快速标定方法，进一步，如果正反向微调第五关节轴，重复步骤5)后的示数差值仍变大，减小第五关节轴的微调量，重复步骤5)直至第四关节轴正反向旋转时所述第一水平传感器的示数差值0。

本发明如上所述一种六轴机器人的零点快速标定方法，进一步，所述还包括机器人控制器，所述机器人控制器采集步骤5)至步骤8)中第一水平传感器、第二水平传感器的指示数值进行自动控制第四关节轴、第三关节轴或第五关节轴动作。

采用上述进一步的有益效果是：可以自动快速对三、四、五、六轴进行标定。

附图说明

图1为本发明实施例提供的六轴工业机器人结构示意图；

图2为本发明实施例提供的水平仪三维结构示意图；

图3为本发明实施例提供的水平仪三维结构示意图。

附图中，各标号所代表的部件列表如下：

1、第一关节轴，2、第二关节轴，3、第三关节轴，4、第四关节轴，5、第五关节轴，6、第六关节轴、7、第一基准面、8、第二基准面，9、第三基准面，10、连杆轴线，11、水平仪第一基准面，12、水平仪第二基准面，13、水平仪第三基准面，14、第一水平传感器，15、第二水平传感器。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。

如图1所示，本发明所述六轴机器人从底座开始依次包括通过连杆连接的第一关节轴、第二关节轴、第三关节轴、第四关节轴、第五关节轴及第六关节轴，零点位置为第一关节轴、第二关节轴、第三关节轴、第四关节轴、第五关节轴及第六关节轴的初始位置。

如图1所示的第一关节轴、第二关节轴、第三关节轴、第四关节轴、第五关节轴及第六关节轴的转动方向，即第一关节轴1在绕Z轴在XY平面内转动，第二关节轴2、第二关节轴3绕Y轴在XZ平面内转动，第四关节轴4、第六关节轴6绕X轴在YZ平面内转动，第五关节轴5绕Y轴在XZ平面内转动。本发明所述六轴工业机器人的第四关节轴4、第五关节轴5和第六关节轴6的运动轴线交汇于一点。

如图1所示，本发明所述六轴工业机器人上设有三个基准面，分别为第一基准面7、第二基准面8、第三基准面9，第一基准面7设置在第一关节轴1一侧且与第一关节轴1垂直；第二基准面8设置在第二关节轴与第三关节轴之间的连杆上且与该连杆的连杆轴线10平行，第三基准面9设置在第六关节轴6处且与第六关节轴6垂直。

本发明六轴工业机器人第一关节轴、第二关节轴、第三关节轴、第四关节轴、第五关节轴及第六关节轴都具有一个粗标定指示位置，每个关节轴可以在肉眼的观测下运行到粗标定指示位置，粗标定指示位置与机器人理论精确的零点具有一定偏差。

如图2、图3所示，本发明对第二关节轴、第三关节轴、第四关节轴、第五关节轴及第六关节轴的零点进行标定使用的水平仪包括第一水平传感器14、第二水平传感器15、水平仪第一基准面11、水平仪第二基准面12、水平仪第三基准面13；水平仪第一基准面11、水平仪第二基准面12、水平仪第三基准面13相互垂直；第一水平传感器14的轴线垂直于第一基准面11；第二水平传感器15垂直于水平仪第二基准面12；第一水平传感器14与第二水平传感器15所在的面与所述水平仪第三基准面13平行。水平仪校准后，当水平仪第三基准面13处于水平面时，第一水平传感器14、第二水平传感器15读数为0；当水平仪第一基准面11垂直于水平面时第一水平传感器14示数为0；当水平仪第二基准面12垂直于水平面时第二水平传感器15示数为0。第一水平传感器14、第二水平传感器15的指示数值可以通过数据线接入机器人控制器。

所述第三基准面9与水平仪的固定后，二者的相对位置关系即保持不变。当机器人的各关节轴在理想零位时，水平仪的第一水平传感器14、第二水平传感器15示数均为0。

本发明一种六轴机器人的零点快速标定方法，即在基准位置的基础上利用水平仪分别对第一至第六关节轴进行水平或垂直标定，具体步骤如下：

步骤(1)，将机器人的第一关节轴、第二关节轴、第三关节轴、第四关节轴、第五关节轴及第六关节轴运行到粗标定指示位置；此时第一关节轴1的位置作为其零点；

步骤(2)，将水平仪的水平仪第三基准面13固定在第一基准面7上，调整机器人底座将水平仪的第一水平传感器14、第二水平传感器15示数调整到0；或者将水平仪的第一水平传感器14、第二水平传感器15示数置零；

步骤(3)，将水平仪第一基准面11与机器人的第二基准面8固定，调整第二关节轴2直至第一水平传感器14示数为0，此时为第二关节轴2的零位；或者将水平仪第二基准面12与机器人的第二基准面8固定，调整第二关节轴2直至第二水平传感器15示数为0，此时为第二关节轴2的零位；

步骤(4)，将水平仪第一基准面11与机器人的第三基准面9固定；即水平仪与第三基准面安装完后，第三基准面9与水平仪相对位置关系是固定不变的，二者可以是销钉连接，或者卡口连接等固定方式。

步骤(5)，将第四关节轴4正向旋转1度，稳定后，记录水平仪的第一水平传感器14的示数；将第四关节轴4反向旋转1度，稳定后，记录水平仪的第一水平传感器14的示数；记录第四关节轴4正反向旋转时水平仪的第一水平传感器14的示数差值；

步骤(6)，如果步骤5的示数差值为0，则第五关节轴5在零点位置；如果步骤5的示数差值不为0，微调第五关节轴5，重复步骤5；如果步骤5的示数差值变大，则微调第五关节轴5的方向错误，向相反方向微调第五关节轴5；如果正反向微调第五关节轴5，步骤5的示数差值仍变大，减小第五关节轴5的微调量，重复步骤5，直至步骤5的示数差值为0；

步骤(7)，微调第三关节轴3，直至水平仪的第一水平传感器14的示数为0，此时第三关节轴3处于零点位置；

步骤(8)，微调第四关节轴4，直至水平仪的第二水平传感器15示数为0，此时第四关节轴4、第六关节轴6处于零位。

上述步骤(5)至步骤(8)通过机器人控制器采集第一水平传感器14、第二水平传感器15的指示数值进而自动完成第三关节轴3、第四关节轴4、第五关节轴5及第六关节轴6的标定。

上述步骤(5)至步骤(8)的对第三关节轴3、第四关节轴4、第五关节轴5及第六关节轴6标定原理如下：第三基准面与第六关节轴6关节轴垂直，即水平仪第一基准面11与机器人的第三基准面9固定后，第一水平传感器14与第六关节轴6共轴，此时旋转第六关节轴6轴，即使第六关节轴6不是处在水平位置，第一水平传感器的读数是不变的。本发明六轴机器人在设计上，第四关节轴4、第五关节轴5及第六关节轴6的轴线汇交于一点，当我们调整第五关节轴5，使第四关节轴4和第六关节轴6共轴，则此时单独旋转4轴，水平仪上与第六关节轴6共轴一个水平传感器读数也是不变的。即通过调节第五关节轴5，第四关节轴4和第六关节轴6共轴后，步骤(5)的示数差值为0实现对第五关节轴5的零点标定。采用该方法节省了标定时间，快速简便准确定位。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种六轴机器人的零点快速标定方法，所述六轴机器人从底座开始依次包括通过连杆连接的第一关节轴、第二关节轴、第三关节轴、第四关节轴、第五关节轴及第六关节轴，其特征在于，

采用水平仪对所述第二关节轴、第三关节轴、第四关节轴、第五关节轴及第六关节轴的零点进行标定，所述水平仪包括相互垂直的水平仪第一基准面、水平仪第二基准面、水平仪第三基准面及设置在与所述水平仪第三基准面相对的面上的第一水平传感器和第二水平传感器，所述第一水平传感器的轴线垂直于所述水平仪第一基准面；所述第二水平传感器的轴线垂直于所述水平仪第二基准面，

所述第一关节轴一侧设有与第一关节轴垂直的第一基准面；所述第二关节轴与第三关节轴之间的连杆上设有与该连杆的轴线平行的第二基准面，所述第六关节轴处设有与第六关节轴垂直的第三基准面；

所述零点快速标定方法具体包括以下步骤：

步骤1)，将所述第一关节轴、第二关节轴、第三关节轴、第四关节轴、第五关节轴及第六关节轴调整至粗标定指示位置，以此时第一关节轴的位置作为零点；

步骤2)，将所述水平仪第三基准面固定在所述第一基准面上，调整机器人底座将所述第一水平传感器和第二水平传感器示数调整到0，或者将所述第一水平传感器和第二水平传感器示数置零；

步骤3)，将水平仪第一基准面与所述第二基准面固定，调整第二关节轴直至所述第一水平传感器示数为0，此时为第二关节轴的零位；或者将所述水平仪第二基准面与所述第二基准面固定，调整第二关节轴直至第二水平传感器示数为0，此时为第二关节轴的零位；

步骤4)，将所述水平仪第一基准面与所述第三基准面固定；

步骤5)，将第四关节轴正向旋转一微小角度，稳定后，记录所述第一水平传感器的示数；将第四关节轴反向旋转同样的一微小角度，稳定后，记录所述第一水平传感器的示数；获得第四关节轴正反向旋转时所述第一水平传感器的示数差值；

步骤6)，如果步骤5)的示数差值为0，则第五关节轴在零点位置；

步骤7)，微调第三关节轴，直至所述第一水平传感器的示数为0，此时第三关节轴处于零点位置；

步骤8)，微调第四关节轴，直至所述第二水平传感器示数为0，此时第四关节轴、第六关节轴处于零位。

2.根据权利要求1所述一种六轴机器人的零点快速标定方法，其特征在于，步骤6)中，如果步骤5)的示数差值不为0，微调第五关节轴，重复步骤5，直至第四关节轴正反向旋转时所述第一水平传感器的示数差值0。

3.根据权利要求2所述一种六轴机器人的零点快速标定方法，其特征在于，如果微调第五关节轴，重复步骤5)后的示数差值变大，则确定微调第五关节轴的方向错误，应向相反方向微调第五关节轴。

4.根据权利要求2所述一种六轴机器人的零点快速标定方法，其特征在于，如果正反向微调第五关节轴，重复步骤5)后的示数差值仍变大，减小第五关节轴的微调量，重复步骤5)直至第四关节轴正反向旋转时所述第一水平传感器的示数差值0。

5.根据权利要求1至4任一项所述一种六轴机器人的零点快速标定方法，其特征在于，还包括机器人控制器，所述机器人控制器采集步骤5)至步骤8)中第一水平传感器、第二水平传感器的指示数值进行自动控制第四关节轴、第三关节轴或第五关节轴动作。