CN105690423A - 机器人零位标定装置及方法 - Google Patents

Abstract

一种机器人零位标定装置及方法，包括：底座安装部和法兰安装部，底座安装部与工业机器人的底座固定连接，法兰安装部与工业机器人的末端法兰固定连接。该机器人零位标定装置及方法与传统的标定方法相比，具有快速、精确的特点，可适应机器人生产线的特点，完成在较短生产节拍中的机器人标定，是实现机器人高精度运行的基础。

Description

机器人零位标定装置及方法

技术领域

本发明涉及一种机器人标定技术，具体涉及一种机器人零位标定装置及方法。

背景技术

机器人零位误差是影响机器人绝对定位精度的主要因素，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)时实际位置与理论位置的相对误差值。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。

当前有几种比较典型的机器人零位标定方法，如OTC机器人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)，机器人零位标定时依次移动机器人的1-6个关节，靠***定位销的方式实现机器人零位的标定；KUKA机器人使用线性位移传感器依次对准相邻关节的定位槽进行零位标定；ABB机器人采用的Pendulum的零位定位方法实质是采用一种双轴的倾角传感器实现各轴的标定。这些方法虽然操作简便，但需要事先对机器人的定位孔或定位面进行加工，并制造出相应的辅助工装夹具，且校准过程需要各轴逐次校准，每校准一次均需安装相应的夹具(一般6自由度的机器人至少需要安装4次)，提高了整个过程的复杂度。

发明内容

基于此，本发明提供一种快速、精确的标定装置及方法用以替代现有方法。具体技术方案如下。

一种机器人零位标定装置，包括：底座安装部和法兰安装部，底座安装部与工业机器人的底座固定连接，法兰安装部与工业机器人的末端法兰固定连接。

优选的，底座安装部包括连接板、传感器安装座、千分表；连接板一端用于与底座固定连接，另一端用于固定法传感器安装座；千分表安装在传感器安装座上。

优选的，所述千分表的个数与工业机器人的自由度相同。

优选的，所述底座安装部还包括一校准装置，所述校准装置为一带有盲孔的标准圆柱块，其凹槽端固定与传感器安装座上，用于校准所述千分表。

优选的，法兰安装部包括一转接部和一测量块。转接部呈圆形块状，设有盲孔，用于与末端法兰固定连接；测量块在固定安装在转接部的下端，用于分别读取千分表的当前数据；转接部和测量块可随末端法兰移动。

一种机器人零位标定方法，其特征在于，包括以下步骤：

分别校准安装于传感器安装座上的千分表；

移动机器人法兰安装部，使其底端的测量块分别与千分表在不产生碰撞或干涉的情况下接触；

分别读取千分表当前显示的数据，根据所示数据对机器人重新进行零位标定。

优选的，所述根据数据对机器人重新进行零位标定，具体步骤为：

获取机器人的姿态位置信息；

获取机器人的位置信息；

根据机器人位姿信息和位置信息对机器人进行重新标定。

上述机器人零位标定装置及方法与传统的标定方法相比，具有快速、精确的特点，可适应机器人生产线的特点，完成在较短生产节拍中的机器人标定，是实现机器人高精度运行的基础。

附图说明

利用附图对本发明作进一步说明，但附图中的实施例不构成对本发明的任何限制。

图1为本发明实施例机器人零位标定装置结构图。

图2为本发明实施例底座安装部轴测图。

图3为本发明实施例底座安装部俯视图。

图4为本发明实施例法兰安装部轴测图。

图5为本发明实施例法兰安装部仰视图。

图6为本发明实施例机器人标定方法流程图。

上述附图标号分别为：

工业机器人1

底座11

末端法兰12

底座安装部2

连接板21

传感器安装座22

千分表23

校准装置24

法兰安装部3

转接部31

测量块32

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

如图1所示，一种机器人零位标定装置，所述装置包括：底座安装部2和法兰安装部3，底座安装部2与工业机器人1的底座11固定连接，法兰安装部3与工业机器人1的末端法兰12固定连接。

如图2和图3所示，底座安装部2包括连接板21、传感器安装座22、千分表23及校准装置24。连接板21为长方形，其两端的宽度大于中间的宽度，一端用于与底座11固定连接，另一端用于固定法传感器安装座22。传感器安装座22的一端形状和孔位置与连接板21的一端相同，故将这两端固定连接；将千分表23安装在传感器安装座22，传感器安装座22上带有与千分表23数量相同的圆孔用以固定千分表23。千分表的个数与工业机器人的自由度相同，如本实施例中工业机器人为六自由度工业机器人，因此千分表的个数为6个。该6个千分表在空间三个方向上的布置方式为3、2、1，此种布置方式可确保同时测量到空间物体变换的位置和位姿。校准装置24用于校准所述6个千分表，其为一带有盲孔的标准圆柱块，其凹槽端固定与传感器安装座22上，使千分表头可***到盲孔中，使其初始零位与工作面的距离为固定值。

结合图4和图5，法兰安装部3包括一转接部31和一测量块32。转接部31为呈圆形块状，上面设有盲孔，用于与末端法兰12固定连接。测量块32在

固定安装在转接部31的下端，用于分别读取6个千分表的当前数据。转接部31和测量块32可随末端法兰12移动。

一种机器人零位标定方法，包括以下步骤：

S10：分别校准安装于传感器安装座22上的千分表23。

分别校准安装于传感器安装座22上的千分表，使千分表的初始零位与工作平面的距离固定。

S20：移动机器人法兰安装部3，使其底端的测量块32分别与6个千分表23在不产生碰撞或干涉的情况下接触。

具体为：首先移动机器人法兰安装部33的Z方向，使得测量块32充分接触Z方向的千分表；然后移动机器人的Y方向，使得测量块32充分接触Y方向的千分表；最后移动机器人的X，使得测量块32充分接触X方向的千分表。

S30：分别读取千分表23当前显示的数据，根据所示数据对机器人重新进行零位标定。

具体步骤为：

S301：获取机器人的姿态位置信息。

为机器人的姿态位置信息、R(x)n表示千分表的绝对读

数，其中n代表第n个千分表圆孔。

求解公式(1)、(2)、(3)，可以得出

${}_T^{R}R={\left(n\right)}_T,Y{\left(o\right)}_T,Z{\left(a\right)}_T]---\left(4\right)$

S302：获取机器人的位置信息。

已知三个平面方程，求三个相互垂直的平面相交的交点：

$\left\{\begin{array}{c}{A}_{1}x+B_{1}y+C_{1}z+D_1=0\left(1\right)\\ A_{2}x+B_{2}y+C_{2}z+D_2=0\left(2\right)\\ A_{3}x+B_{3}y+C_{3}z+D_3=0\left(3\right)\end{array}\right.---\left(5\right)$

交点为：

$x=\frac{(B_1{C}_1-B_2{C}_1)(C_3{D}_1-C_1{D}_3)-(B_1{C}_3-B_3{C}_1)(C_2{D}_1-C_1{D}_2)}{(A_1{C}_2-A_2{C}_1)(B_1{C}_3-B_3{C}_1)-(A_1{C}_3-A_3{C}_1)(B_1{C}_2-B_2{C}_1)}---\left(6\right)$

$y=\frac{(A_1{C}_2-A_2{C}_1)(C_3{D}_1-C_1{D}_3)-(A_1{C}_3-A_3{C}_1)(C_2{D}_1-C_1{D}_2)}{(A_1{C}_2-A_2{C}_1)(B_1{C}_3-B_3{C}_1)-(A_1{C}_3-A_3{C}_1)(B_1{C}_2-B_2{C}_1)}---\left(7\right)$

$z=\frac{-A_{1}x-B_{1}y-D_1}{C_1}---\left(8\right)$

S303：根据机器人位姿信息和位置信息对机器人进行重新标定。

结合公式(1)～(8)，得出机器人的转换矩阵：

根据机器人的转化矩阵对机器人进行重新标定。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (7)

1.一种机器人零位标定装置，其特征在于，所述装置包括：底座安装部和法兰安装部，底座安装部与工业机器人的底座固定连接，法兰安装部与工业机器人的末端法兰固定连接。

2.如权利要求1所述的机器人零位标定装置，其特征在于，底座安装部包括连接板、传感器安装座、千分表；连接板一端用于与底座固定连接，另一端用于固定法传感器安装座；千分表安装在传感器安装座上。

3.如权利要求2所述的机器人零位标定装置，其特征在于，所述千分表的个数与工业机器人的自由度相同。

4.如权利要求2所述的机器人零位标定装置，其特征在于，所述底座安装部还包括一校准装置，所述校准装置为一带有盲孔的标准圆柱块，其凹槽端固定与传感器安装座上，用于校准所述千分表。

5.如权利要求1所述的机器人零位标定装置，其特征在于，法兰安装部包括一转接部和一测量块；转接部呈圆形块状，设有盲孔，用于与末端法兰固定连接；测量块固定安装在转接部的下端，用于分别读取千分表的当前数据；转接部和测量块可随末端法兰移动。

6.一种机器人零位标定方法，其特征在于，包括以下步骤：

分别校准安装于传感器安装座上的千分表；

移动机器人法兰安装部，使其底端的测量块分别与千分表在不产生碰撞或干涉的情况下接触；

分别读取千分表当前显示的数据，根据所示数据对机器人重新进行零位标定。

7.如权利要求6所述的机器人零位标定方法，其特征在于，所述根据数据对机器人重新进行零位标定，具体步骤为：

获取机器人的姿态位置信息；

获取机器人的位置信息；

根据机器人位姿信息和位置信息对机器人进行重新标定。