一种工业机器人关节零点标定结构及标定方法与流程

本发明涉及工业机器人技术领域，特别涉及一种工业机器人关节零点标定结构及标定方法。

背景技术：

零点是机器人坐标系的基准，没有零点机器人就无法判断自身的位置。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dh参数及零点位置。但在特殊情况下，如编码器电池或同步带更换、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单快捷准备的找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：

一、贴标/刻线式。该方式把机器人两个相对转动的零件上各贴一带有刻度的标签或刻两条线。类似于游标卡尺使用，当刻度线重合时即可完成零点标定。该方法操作简单但存在标定精度较差，标签脱落或损坏后无法找回等缺点。

二、插销式或键槽式。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或槽。标定时让销或键嵌(插)入关节两个相对运动的零件的同样尺寸的孔或槽内即可完成该关节标定。该方法存在精度差、难以操作且不够安全等缺点。

三、v槽式。该方式在机器人关节的两个相对转动的零件上各加工出一个v型槽和一个圆孔。把千分表装到圆孔内，让表头跟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。该方法存在操作繁琐费时且对机械结构要求较高，尺寸不够紧凑等缺点，一般用于中大型机器人标定。

四、定位面式。该方式需要在机器人的每个连杆上加工一个定位面，标定时将水平仪固定在该定位面上，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。相关专利:cn201510689580.4一种六轴机器人的零点快速标定方法。该方法存在操作繁琐费时、机器人初始零位调平困难、无法独立标定单个轴等缺点。

技术实现要素：

本发明的目的旨在至少解决所述技术缺陷之一。

为此，本发明的目的在于提出一种工业机器人关节零点标定结构及标定方法。

为了实现上述目的，本发明一方面的实施例提供一种工业机器人关节零点标定方法，包括：

步骤s1，确定需要进行标定的关节，使之处于标定状态；

步骤s2，设置每个所述关节的两个相对转动的零件中的一个为销孔，另一个为销孔或定位面；

步骤s3，在对关节开始标定时，将销钉插入到相应的销孔内，并转动对应的关节，以使得销与销接触或者销与所述定位面接触，记录此时的位置角度x°；

步骤s4，转动所述关节至适合拔下销的姿态位置，拔出销；

步骤s5，控制机器人转到到位置角度x°-a°，该关节角度位置清零，完成零点标定，其中，所述角度a°为销与销接触或者销与所述定位面的接触角度与各轴理论零位角度差。

进一步，对于一轴关节标定、二轴关节标定、三轴关节标定、四轴关节标定、五轴关节标定：两个相对转动的零件中的一个为销孔；另一个为定位面。

进一步，对于一轴关节标定、二轴关节标定、三轴关节标定、四轴关节标定、五轴关节标定：两个相对转动的零件均为销孔。

进一步，所述角度a的取值范围为：0°到180°。

本发明另一方面的实施例提供一种工业机器人关节零点标定结构，包括：在需要标定的关节的两个相对转动的一个零件上设置销孔、另一个零件上设置销孔或定位面；在对关节开始标定时，将销钉插入到相应的销孔内，并转动对应的关节，以使得销与销接触或者销与所述定位面接触，记录此时的位置角度x°；转动所述关节至适合拔下销的姿态位置，拔出销；控制机器人转到到位置角度x°-a°，该关节角度位置清零，完成零点标定，其中，所述角度a°为销与销接触或者销与所述定位面的接触角度与各轴理论零位角度差。

进一步对于一轴关节标定、二轴关节标定、三轴关节标定、四轴关节标定、五轴关节标定：两个相对转动的零件中的一个为销孔；另一个为定位面。

进一步，对于一轴关节标定、二轴关节标定、三轴关节标定、四轴关节标定、五轴关节标定：两个相对转动的零件均为销孔。

进一步，所述角度a的取值范围为：0°到180°。

根据本发明实施例的工业机器人关节零点标定结构及标定方法，通过销与销或者销与定位面的单侧接触止动来时序精确定位，具有以下优点：

1、销和销(或定位面)是仅能从一个方向单侧接触，标定精度比键槽方式高、重复标定一致性好；

2、各轴可以独立进行标定；

3、标定工具简单，仅需标准的销钉，无需复杂或特种工具；

4、标定速度快、无需重复调试，仅需让销和销或销与标定面接触即可得到标定所需角度变量；

5、充分利用结构自身特点，仅需追加销孔或加工一平面，无需额外的凸起或大面积定位面，对结构影响较小，较为紧凑。

本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1为根据本发明实施例的工业机器人关节零点标定方法的流程框图；

图2为根据本发明实施例的工业机器人关节零点标定方法的流程示意图；

图3为根据本发明实施例的工业机器人关节零点标定结构的示意图；

图4为根据本发明实施例的一轴标定结构的示意图；

图5为根据本发明实施例的二轴标定结构的示意图；

图6为根据本发明实施例的三轴标定结构的示意图；

图7为根据本发明实施例的四轴标定结构的示意图；

图8为根据本发明实施例的五轴标定结构的示意图；

图9为根据本发明实施例的六轴标定结构的示意图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

如图1和图2所示，本发明实施例的工业机器人关节零点标定方法，包括如下步骤：

步骤s1，确定需要进行标定的关节，使之处于标定状态。

需要说明的是，本发明的工业机器人关节零点标定方法可以适用于单个关节或者由多个关节组成的多轴机器人。采用本发明的方法在标定时，每次可以标定一个关节并且可以单独标定任何一个关节且对关节标定顺序无要求。

步骤s2，设置每个关节的两个相对转动的零件中的一个为销孔，另一个为销孔或定位面。

在本发明的实施例中，对于六轴机器人，采用以下两种方式之一：

(1)对于一轴关节标定、二轴关节标定、三轴关节标定、四轴关节标定、五轴关节标定：两个相对转动的零件中的一个为销孔；另一个为定位面。

(2)对于一轴关节标定、二轴关节标定、三轴关节标定、四轴关节标定、五轴关节标定：两个相对转动的零件均为销孔。

步骤s3，在对关节开始标定时，将销钉插入到相应的销孔内，并转动对应的关节，以使得销与销接触或者销与定位面接触，记录此时的位置角度x°。

步骤s4，转动关节至适合拔下销的姿态位置，拔出销。

步骤s5，控制机器人转到到位置角度x°-a°，该关节角度位置清零，完成零点标定，需要说明的是，各轴的特定角度是设计时确定的角度，是销与定位面或销与销接触时关节角度与各轴理论零位角度差a°。其中，角度a°为销与销接触或者销与定位面的接触角度与各轴理论零位角度差。在本发明的实施例中，角度a的取值范围为：0°到180°。

具体来说，在上述步骤s3至步骤s5中，在对每个关节进行标定时，将销钉插入到相应的销孔内，然后缓慢转动对应关节，以使得销与销接触或销与定位面接触，此时再按各轴规定的角度差旋转该轴到一特定角度，便可得到该轴的零点位置。

如图3和图4所示，本发明实施例的工业机器人关节零点标定结构，包括：在需要标定的关节的两个相对转动的一个零件上设置销孔、另一个零件上设置销孔或定位面；在对关节开始标定时，将销钉200插入到相应的销孔内，并转动对应的关节，以使得销与销接触或者销与定位面100接触，记录此时的位置角度x°；转动关节至适合拔下销的姿态位置，拔出销；控制机器人转到到位置角度x°-a°，该关节角度位置清零，完成零点标定，其中，角度a°为销与销接触或者销与定位面的接触角度与各轴理论零位角度差。在本发明的实施例中，角度a的取值范围为：0°到180°。

在对每个关节进行标定时，将销钉插入到相应的销孔内，然后缓慢转动对应关节，以使得销与销接触或销与定位面接触，此时再按各轴规定的角度差旋转该轴到一特定角度，便可得到该轴的零点位置。

在本发明的实施例中，对于六轴机器人，对于一轴关节标定(如图4所示)、四轴关节标定(如图7所示)：两个相对转动的零件中的一个为销孔；另一个为定位面；对于二轴关节标定(如图5所示)、三轴关节标定(如图6所示)、五轴关节标定(如图8所示)、六轴关节标定(如图9所示)：两个相对转动的零件均为销孔。

根据本发明实施例的工业机器人关节零点标定结构及标定方法，通过销与销或者销与定位面的单侧接触止动来时序精确定位，具有以下优点：

1、销和销(或定位面)是仅能从一个方向单侧接触，标定精度比键槽方式高、重复标定一致性好；

2、各轴可以独立进行标定；

3、标定工具简单，仅需标准的销钉，无需复杂或特种工具；

4、标定速度快、无需重复调试，仅需让销和销或销与标定面接触即可得到标定所需角度变量；

5、充分利用结构自身特点，仅需追加销孔或加工一平面，无需额外的凸起或大面积定位面，对结构影响较小，较为紧凑。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。本发明的范围由所附权利要求及其等同限定。