CN109352678A - 机器人轴的重力补偿方法及装置、机器人 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种机器人轴的重力补偿方法及装置、机器人。其中，该方法包括：采集第一电流值，第一电流值为电机顺时针转动预定角度时电机的电流；采集第二电流值，第二电流值为电机逆时针转动预定角度时电机的电流；根据第一电流值和第二电流值，对机器人机械臂的轴进行重力补偿，电机驱动轴转动。本发明解决了有技术中，使能瞬间由于重力作用机器人末端下坠，造成机器人末端工件损坏的问题的技术问题。

Description

机器人轴的重力补偿方法及装置、机器人

技术领域

本发明涉及机器人领域，具体而言，涉及一种机器人轴的重力补偿方法及装置、机器人。

背景技术

随着工业自动化行业的快速发展，工业机器人的应用越来越广。但是工业机器人结构和运行状态复杂，在使用的过程中会存在很多问题，给用户制造了不必要的麻烦， 特别是机器人使能瞬间由于末端负载和机械臂自有重力的存在，机器人末端会出现下 坠的现象，这种现象会造成机器人末端夹具或者加工件的损坏，给企业造成经济损失。

相关技术中，通常采用以下两种方式：

1.提高机器人的响应速度和抗扰动能力，尽量减少下坠距离，但是这种做法机器人还是会下坠，而且下坠的距离直接跟伺服驱动器的性能相关。

2.打开机器人每个轴的刹车来测量重力补偿的电流值，但是这种做法，在打开刹车的瞬间，为了防止机械臂下坠，需要外力支撑机械臂，调试复杂，而且只能适应机 器人的一个特定姿态和负载。

针对上述的问题，目前尚未提出有效的解决方案。

发明内容

本发明实施例提供了一种机器人轴的重力补偿方法及装置、机器人，以至少解决有技术中，使能瞬间由于重力作用机器人末端下坠，造成机器人末端工件损坏的问题 的技术问题。

根据本发明实施例的一个方面，提供了一种机器人轴的重力补偿方法，包括：采集第一电流值，第一电流值为电机顺时针转动预定角度时电机的电流；采集第二电流 值，第二电流值为电机逆时针转动预定角度时电机的电流；根据第一电流值和第二电 流值，对机器人机械臂的轴进行重力补偿，电机驱动轴转动。

可选地，根据第一电流值和第二电流值，对机器人机械臂的轴进行重力补偿，包括：根据第一电流值和第二电流值，得到重力补偿电流值；将重力补偿电流值输入电 机。

可选地，重力补偿电流值通过以下公式计算得出：I3＝0.5*|I₁-I₂|，其中，I₃表示重力补偿电流，I₁表示第一电流值，I₂表示第二电流值。

可选地，在采集第一电流值和第二电流值之前，包括：对伺服驱动器进行初始化；并在初始化完成后，触发采集第一电流值和第二电流值。

根据本发明实施例的另一个方面，提供了一种机器人轴的重力补偿装置，包括：第一采集单元，用于采集第一电流值，第一电流值为电机顺时针转动预定角度时电机 的电流；第二采集单元，用于采集第二电流值，第二电流值为电机逆时针转动预定角 度时电机的电流；补偿单元，用于根据第一电流值和第二电流值，对机器人机械臂的 轴进行重力补偿，电机驱动轴转动。

根据本发明实施例的又一个方面，提供了一种机器人，包括：执行主体；控制机柜，控制机柜包括上述机器人轴的重力补偿装置。

可选地，控制机柜包括：控制器；以及伺服驱动器。

可选地，执行主体，包括：机器人底座、机械臂、电机、减速机。

根据本发明实施例的另一个方面，提供了一种存储介质，存储介质包括存储的程序，其中，在程序运行时控制存储介质所在设备执行上述机器人的重力补偿方法。

根据本发明实施例的另一个方面，提供了一种处理器，处理器用于运行程序，其中，程序运行时执行上述机器人的重力补偿方法。

在本发明实施例中，采用机器人使能前，控制电机输出重力补偿电流的方式，通过采集第一电流值，第一电流值为电机顺时针转动预定角度时电机的电流；采集第二 电流值，第二电流值为电机逆时针转动预定角度时电机的电流；根据第一电流值和第 二电流值，对机器人机械臂的轴进行重力补偿，电机驱动轴转动，达到了使机器人平 稳使能，减少机器人使能时出现下坠的现象的目的，从而实现了减少由于机器人下坠 现象对工件的损耗，延长工件的使用寿命的技术效果，进而解决了有技术中，使能瞬 间由于重力作用机器人末端下坠，造成机器人末端工件损坏的问题的技术问题。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图 中：

图1是根据本发明实施例的一种机器人轴的重力补偿方法的流程图；

图2是根据本发明实施例的一种机器人不工作时机械臂的受力的示意图；

图3是根据本发明实施例的一种机器人电机顺时针转动时机械臂的受力的示意图；

图4是根据本发明实施例的一种机器人电机逆时针转动时机械臂的受力的示意图；

图5是根据本发明实施例的一种可选的机器人轴的重力补偿方法的流程图；

图6是根据本发明实施例的一种机器人轴的重力补偿装置的结构图；

图7是根据本发明实施例的一种机器人的结构图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例 仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领 域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于 本发明保护的范围。

需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这 样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在 这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的 任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方 法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚 地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

根据本发明实施例，提供了一种机器人轴的重力补偿的方法实施例，需要说明的是，在附图的流程图示出的步骤可以在诸如一组计算机可执行指令的计算机系统中执 行，并且，虽然在流程图中示出了逻辑顺序，但是在某些情况下，可以以不同于此处 的顺序执行所示出或描述的步骤。

相关技术中工业机器人结构和运行状态复杂，在使用的过程中会存在很多问题，给用户制造了不必要的麻烦，特别是机器人使能瞬间由于末端负载和机械臂自有重力 的存在，机器人末端会出现下坠的现象，这种现象会造成机器人末端夹具或者加工件 的损坏，给企业造成经济损失。

为解决上述问题，本申请实施例提供了相应的解决方案，以下详细说明。

图1是根据本发明实施例的一种机器人轴的重力补偿方法的流程图，如图1所示，该方法包括如下步骤：

步骤S102，采集第一电流值，第一电流值为电机顺时针转动预定角度时电机的电流；

步骤S104，采集第二电流值，第二电流值为电机逆时针转动预定角度时电机的电流；

本申请实施例可以采用电流采集装置采集电机电流，例如，采用电流互感器结合电流变送器采集电机中的电流。在采集第一电流值和第二电流值之前，对伺服驱动器 进行初始化，并在初始化完成后，触发采集第一电流值和第二电流值。机器人在上电 后，对伺服驱动器进行初始化，检测伺服驱动器运行是否正常。本申请实施例对控制 电机顺时针转动和逆时针转动进行限定，即本申请实施例可以控制电机先顺时针转动 再逆时针转动，或者先逆时针转动再顺时针转动。

本申请实施例结合图2至图4对机器人机械臂重力补偿的方法进行说明，图2是 根据本发明实施例的一种机器人不工作时机械臂的受力的示意图、图3是根据本发明 实施例的一种机器人电机顺时针转动时机械臂的受力的示意图、图4是根据本发明实 施例的一种机器人电机逆时针转动时机械臂的受力的示意图，如图2至图4所示。

在对机械臂进行重力补偿时，控制电机顺时针转动预定角度以及逆时针转动预定角度，由图3可知，在机器人电机顺时针转动时可以得到：G₃＝G₁+G₂+G₄，由图4可 知，在机器人电机逆时针转动时可以得到：G₄＝G₁+G₂+G₅，将上述两个公式中的任意 一个公式代入另一个公式，可以得到G₁+G₂＝0.5*(G3-G5)，电流流经电机产生转矩， 本申请通过控制电机输出重力补偿电流，使机器人平稳使能。

步骤S106，根据第一电流值和第二电流值，对机器人机械臂的轴进行重力补偿，电机驱动轴转动。

在一个可选实施例中，根据第一电流值和第二电流值，对机器人机械臂的轴进行重力补偿，包括：根据第一电流值和第二电流值，得到重力补偿电流值，将重力补偿 电流值输入电机。其中，重力补偿电流值通过以下公式计算得出：I3＝0.5*|I1-I2|， 其中，I₃表示重力补偿电流，I₁表示第一电流值，I₂表示第二电流值。

本申请提供一种可选实施例，机器人包括机器人本体和控制机柜。本体主要包括机器人底座、机械臂、电机、减速机、末端负载等，控制机柜主要包括控制器、伺服 驱动器。控制机柜和机器人本体之间通过控制电缆连接来传输信号。由于机器人本体 机械臂和负载的存在会分别产生两个力矩：负载重力力矩G1和机械臂重力力矩G2。 电机使能时伺服驱动器运行在位置模式，一开始没有位置偏差，所以不会产生电流输 出信号，但是由于负载重力力矩G1和机械臂重力力矩G2的存在，图2中的电机会逆 时针旋转，导致机器人的机械臂往下掉，往下掉之后产生了位置偏差，从而伺服驱动 器产生了一定的电流，使得机械臂往上升，回去原来的位置，所以使能的时候会有一 个往下掉再往上升的一个情况，俗称机器人“点头”现象。

本申请实施例中伺服驱动器设置有重力补偿电流计算模块，当模块功能打开时，伺服驱动器会执行以下工作，如图5所示：

步骤S500，驱动器初始化；伺服驱动器上电初始化，检查机器人部件运行是否正常，检查伺服驱动器运行是否正常，在检测到伺服驱动器运行不正常的情况下，进行 告警，发送警示信息；

步骤S502，判断重力补偿动能是否打开；检测重力补偿动能是否打开，在判断结果为是的情况下，执行步骤S504，在判断结果为否的情况下，结束。

步骤S504，顺时针运行计算力矩G3对应的电流I₁；

步骤S506，逆时针运行计算力矩G5对应的电流I₂；

步骤S508，判断I₁是否大于I₂，在判断结果为是的情况下，执行步骤S510，在 判断结果为否的情况下，执行步骤S512；

步骤S510，补偿电流数值为0.5*(I₁-I₂)；

步骤S512，补偿电流数值为0.5*(I₂-I₁)。

1.顺时针小范围转动电机(此时刹车不需要打开)，如图3所示，电机电流力矩 G3与负载重力力矩G1、机械臂重力力矩G2方向相反，因为此时刹车未打开，所以会 存在一个与电机电流力矩G3方向相反的刹车力矩G4，记录下电机转动时需要的电流 值I₁。

2.逆时针小范围转动电机(此时刹车不需要打开)，如图4所示，电机电流力矩 G5与负载重力力矩G1、机械臂重力力矩G2方向一致，因为此时刹车未打开，所以会 存在一个与电机电流力矩G5方向相反的刹车力矩G4，记录下电机转动时需要的电流 值I₂。

3.判断记录下来的电流值I₁和I₂的关系，如果I₁>I₂，重力补偿的电流值为0.5*(I₁-I₂)，如果不是，则重力补偿的电流值为0.5*(I₂-I₁)。

4.机器人使能前将每个轴的重力补偿电流值输出给电机，实际输出的电流补偿值一般为理论计算的90％。90％只是推荐值，实际应用中可以取其他值。

通过产生补偿电流力矩G6，当用户使能机器人时，机器人会存在负载重力力矩G1、机械臂重力力矩G2和补偿电流力矩，因为G6与G1、G2方向相反，数值相当，所以使 能时机械臂不会往下掉，机器人可以平稳的从自由状态切换到使能状态。

通过上述步骤，伺服驱动器在刹车未打开时通过顺时针和逆时针转动电机计算出机器人每个轴的重力补偿电流值，消除机器人“点头”现象。本申请解决了机器人启 动使能时出现机械臂下坠(“点头”)现象、每次的补偿值都是根据机器人当前姿态计 算的，解决了机器人重力补偿算法只能适应机器人一种特定姿态的问题。解决了计算 重力补偿值要打开刹车的问题。

根据本发明实施例，提供了一种机器人轴的重力补偿的装置实施例，图6是根据本发明实施例的机器人轴的重力补偿方法，如图6所示，该方法包括如下步骤：

第一采集单元60，用于采集第一电流值，第一电流值为电机顺时针转动预定角度时电机的电流；

第二采集单元62，用于采集第二电流值，第二电流值为电机逆时针转动预定角度时电机的电流；

补偿单元64，用于根据第一电流值和第二电流值，对机器人机械臂的轴进行重力补偿，电机驱动轴转动。

在本申请实施例中，补偿单元64包括：补偿模块，用于根据第一电流值和第二电流值，得到重力补偿电流值；将重力补偿电流值输入电机。重力补偿电流值通过以下 公式计算得出：I₃＝0.5*|I₁-I₂|，其中，I₃表示重力补偿电流，I₁表示第一电流值，I₂表示第二电流值。

在一个可选实施例中，装置还包括：初始化单元，用于对伺服驱动器进行初始化；并在初始化完成后，触发采集第一电流值和第二电流值。

通过伺服驱动器小范围的顺时针和逆时针分别转动机器人中每个需要进行重力补 偿的轴，得出机器人每个轴的重力补偿值，在使能前控制电机输出重力补偿电流，使 机器人能够平稳使能。

需要说明的是，图6所示实施例的优选实施方式，可以参见图1至5的相关描述， 此处不再赘述。

根据本发明实施例，提供了一种机器人的实施例，图7是根据本发明实施例的一种机器人的结构图，如图7所示，该机器人包括：

执行主体70；

控制机柜72，控制机柜包括上述实施例中机器人轴的重力补偿装置。

在一种可选实施例中，控制机柜72包括：控制器以及伺服驱动器，执行主体，包括：机器人底座、机械臂、电机、减速机。

本申请实施例中的系统不需要机器人负载和姿态信息就能够自适应机器人姿态。

需要说明的是，图7所示实施例的优选实施方式，可以参见图1至5的相关描述， 此处不再赘述。

根据本发明实施例，提供了一种存储介质，存储介质包括存储的程序，其中，在 程序运行时控制存储介质所在设备执行上述机器人的重力补偿方法。

根据本发明实施例，提供了一种处理器，处理器用于运行程序，其中，程序运行 时执行上述机器人的重力补偿方法。

上述本发明实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。

在本发明的上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述的部分，可以参见其他实施例的相关描述。

在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的技术内容，可通过其它的方式实现。其中，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如所述单元的划分， 可以为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件 可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所 显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，单元或模 块的间接耦合或通信连接，可以是电性或其它的形式。

所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到 多个单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案 的目的。

另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成 的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。

所述集成的单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案 本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的全部或部分可以以软件产 品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使 得一台计算机设备(可为个人计算机、服务器或者网络设备等)执行本发明各个实施 例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、只读存储器(ROM， Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、移动硬盘、磁 碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润 饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种机器人轴的重力补偿方法，其特征在于，包括：

采集第一电流值，所述第一电流值为电机顺时针转动预定角度时所述电机的电流；

采集第二电流值，所述第二电流值为所述电机逆时针转动预定角度时所述电机的电流；

根据所述第一电流值和所述第二电流值，对机器人机械臂的轴进行重力补偿，所述电机驱动所述轴转动。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，根据所述第一电流值和所述第二电流值，对机器人机械臂的轴进行重力补偿，包括：

根据所述第一电流值和所述第二电流值，得到重力补偿电流值；

将所述重力补偿电流值输入所述电机。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述重力补偿电流值通过以下公式计算得出：

I₃＝0.5*|I₁-I₂|，其中，I₃表示所述重力补偿电流，I₁表示所述第一电流值，I₂表示所述第二电流值。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在采集所述第一电流值和所述第二电流值之前，包括：

对伺服驱动器进行初始化；并在初始化完成后，触发采集所述第一电流值和第二电流值。

5.一种机器人轴的重力补偿装置，其特征在于，包括：

第一采集单元，用于采集第一电流值，所述第一电流值为电机顺时针转动预定角度时所述电机的电流；

第二采集单元，用于采集第二电流值，所述第二电流值为所述电机逆时针转动预定角度时所述电机的电流；

补偿单元，用于根据所述第一电流值和所述第二电流值，对机器人机械臂的轴进行重力补偿，所述电机驱动所述轴转动。

6.一种机器人，其特征在于，包括：

执行主体；

控制机柜，所述控制机柜包括权利要求5中所述机器人轴的重力补偿装置。

7.根据权利要求6所述的机器人，其特征在于，所述控制机柜包括：控制器；以及伺服驱动器。

8.根据权利要求6所述的机器人，其特征在于，所述执行主体，包括：机器人底座、机械臂、电机、减速机。

9.一种存储介质，其特征在于，所述存储介质包括存储的程序，其中，在所述程序运行时控制所述存储介质所在设备执行权利要求1至4中任意一项所述的机器人的重力补偿方法。

10.一种处理器，其特征在于，所述处理器用于运行程序，其中，所述程序运行时执行权利要求1至4中任意一项所述的机器人的重力补偿方法。