CN109623851A - 一种机械臂关节零位装置和回零方法 - Google Patents

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Abstract

一种机械臂关节零位装置和回零方法，涉及机器人回转关节设计领域；包括光电开关和挡片；其中，挡片为弧形片状结构；挡片以o点为圆心做圆周转动；光电开关固定设置在挡片的圆周转动路径上；当挡片旋转至遮挡光电开关位置时，光电开关的输出信号为1；当挡片旋转至不遮挡光电开关位置时，光电开关的输出信号为0；挡片对应圆心o点的圆心角a为60°‑200°；本发明采用简单的光电开关作为回零方案的传感器，方案简单并且可靠性高；同时，本发明在上电后即可以知道机械臂关节目前所处的大概区域，判读出关节应该往哪一个方向找零，大大节约找零时间，减少机械臂上电初始化时间。

Description

一种机械臂关节零位装置和回零方法
技术领域
本发明涉及一种机器人回转关节设计领域，特别是一种机械臂关节零位装置和回零方法。
背景技术
机器人关节是机器人的基础部件，其性能的好坏直接影响机器人的性能。机器人关节的种类有很多，根据机器人的功能不同，关节的配置和运动系统的形式也都各不相同。
机器人常见的关节形式有移动关节和转动关节。应用最多的机器人是多关节机器人，主要由多个回转关节和连杆组成，模拟人的肩关节、肘关节和腕关节等的作用。
对于机器人而言，重新上电后机器人控制器会丢失各关节的位置信息，或者突发不可预测情况后，机器人某些关节的位置发生了不可预测的变化，造成机器人控制器中的关节位置和实际关节位置产生了偏差，此时就需要机器人矫正自己各关节的位置，执行找零动作。
一般的机器人关节定位方法主要有以下几种：
1、关节内部采用绝对编码器，即使机器人重新上电，关节的绝对位置信息可以反馈到控制系统，关节位置信息不会丢失；体积大，成本高；
2、关节采用行程开关、光电开关等单点位置检测传感器，关节执行回零操作，运动到行程开关位置后停止，此时即为关节的零点位置。上电后沿固定方向转动，有可能产生干涉碰撞。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的上述不足，提供一种机械臂关节零位装置和回零方法，在上电后即可以知道机械臂关节目前所处的大概区域，判读出关节应该往哪一个方向找零，大大节约找零时间，减少机械臂上电初始化时间。
本发明的上述目的是通过如下技术方案予以实现的：
一种机械臂关节零位装置，包括光电开关和挡片；其中，挡片为弧形片状结构；挡片以o点为圆心做圆周转动；光电开关固定设置在挡片的圆周转动路径上；当挡片旋转至遮挡光电开关位置时，光电开关的输出信号为1；当挡片旋转至不遮挡光电开关位置时，光电开关的输出信号为0。
在上述的一种机械臂关节零位装置，所述的挡片对应圆心o点的圆心角a为60°-200°。
一种机械臂关节回零方法，包括如下步骤：
步骤一、设置光电开关的机械限位区域A；
步骤二、系统上电，读取光电开关的输出信号；当光电开关的输出信号为0时，进入步骤三；当光电开关的输出信号为1时，进入步骤四；
步骤三、反向快速转动挡片，等时间间隔检测光电开关的输出信号；当检测光电开关的输出信号为1时，反向快速转动挡片时间t后停止转动，进入步骤四；
步骤四、挡片正向快速旋转；等时间间隔检测光电开关的输出信号；当检测光电开关的输出信号变为0时，反向慢速转动挡片，直至检测到光电开关状态变为1，找零后停止。
在上述的一种机械臂关节回零方法，所述步骤一中，所述光电开关的机械限位区域A是指转动挡片时，光电开关不允许位于的区域。
在上述的一种机械臂关节回零方法，所述机械限位区域A对应圆心o点的圆心角c为30°-60°。
在上述的一种机械臂关节回零方法，所述步骤三中，反向快速转动挡片时，转速为10-20r/min；检测光电开关输出信号的时间间隔为10ms。
在上述的一种机械臂关节回零方法，所述步骤三中，t为0.1s。
在上述的一种机械臂关节回零方法，所述步骤四中，正向快速旋转挡片时，转速为10-20r/min；检测光电开关输出信号的时间间隔为10ms。
在上述的一种机械臂关节回零方法，所述步骤四中，反向慢速转动挡片时，转速为1-2r/min。
本发明与现有技术相比具有如下优点：
(1)本发明的机械臂关节初始化回零方案，采用简单的光电开关作为回零方案的传感器，方案简单并且可靠性高；
本发明的机械臂关节初始化回零方案，可以在上电后即可以知道机械臂关节目前所处的大概区域，判读出关节应该往哪一个方向运动找零，以在回零过程中有效避免机械臂关节间相互干涉和碰撞的情况发生；
(3)本发明以同样的关节速度回零，采用该回零方案，可以大大节约找零时间，减少机械臂上电初始化时间；
(4)本发明无论关节初始状态如何，关节最终的零位判别方向总是从一个方向运动找零，保证较高的重复定位精度。
附图说明
图1为本发明机械臂关节零位装置示意图；
图2为本发明机械臂关节回零流程图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细的描述：
本发明提供一种机械臂关节零位装置和回零方法，运动控制器发送运动指令给电机驱动器，电机驱动器驱动电机转动，电机带动传动装置转动，使得光电开关1和挡片2之间产生相对转动，当光电开关1检测到零位信号后，向运动控制器反馈到位信号，运动控制器即得到了关节的绝对位置信息，机器人关节回零任务完成。
如图1所示为机械臂关节零位装置示意图，由图可知，一种机械臂关节零位装置，包括光电开关1和挡片2；其中，挡片2为弧形片状结构；挡片2以o点为圆心做圆周转动；光电开关1固定设置在挡片2的圆周转动路径上；当挡片2旋转至遮挡光电开关1位置时，光电开关1的输出信号为1；当挡片2旋转至不遮挡光电开关1位置时，光电开关1的输出信号为0。所述的挡片2对应圆心o点的圆心角a为60°-200°。
如图2所示为机械臂关节回零流程图，由图可知，一种机械臂关节回零方法，包括如下步骤：
步骤一、设置光电开关1的机械限位区域A；光电开关1的机械限位区域A是指转动挡片2时，光电开关1不允许位于的区域。所述机械限位区域A对应圆心o点的圆心角c为30°-60°。
步骤二、系统上电，读取光电开关1的输出信号；当光电开关1的输出信号为0时，进入步骤三；当光电开关1的输出信号为1时，进入步骤四；
步骤三、反向快速转动挡片2，等时间间隔检测光电开关1的输出信号；反向快速转动挡片2时，转速为10-20r/min；检测光电开关1输出信号的时间间隔为10ms。当检测光电开关1的输出信号为1时，反向快速转动挡片2时间t后停止转动，t为0.1s；进入步骤四；
步骤四、挡片2正向快速旋转；等时间间隔检测光电开关1的输出信号；正向快速旋转挡片2时，转速为10-20r/min；检测光电开关1输出信号的时间间隔为10ms。当检测光电开关1的输出信号变为0时，反向慢速转动挡片2，反向慢速转动挡片2时，转速为1-2r/min。直至检测到光电开关状态变为1，找零后停止。
本发明中所述的机械臂关节初始化回零方案，采用简单的光电开关1作为回零方案的传感器，采用该方案回零，可以在上电后即可以知道机械臂关节目前所处的大概区域，判读出关节应该往哪一个方向找零，以在回零过程中有效避免机械臂关节间相互干涉和碰撞的情况发生。而且以同样的关节速度回零，采用该回零方案，可以大大节约找零时间，减少机械臂上电初始化时间。
本发明说明书中未作详细描述的内容属本领域技术人员的公知技术。

Claims (10)

1.一种机械臂关节零位装置，其特征在于：包括光电开关(1)和挡片(2)；其中，挡片(2)为弧形片状结构；挡片(2)以o点为圆心做圆周转动；光电开关(1)固定设置在挡片(2)的圆周转动路径上；当挡片(2)旋转至遮挡光电开关(1)位置时，光电开关(1)的输出信号为1；当挡片(2)旋转至不遮挡光电开关(1)位置时，光电开关(1)的输出信号为0。
2.根据权利要求1所述的一种机械臂关节零位装置，其特征在于：所述的挡片(2)对应圆心o点的圆心角a为60°-200°。
3.一种机械臂关节回零方法，其特征在于：包括如下步骤：
步骤一、设置光电开关(1)的机械限位区域A；
步骤二、系统上电，读取光电开关(1)的输出信号；当光电开关(1)的输出信号为0时，进入步骤三；当光电开关(1)的输出信号为1时，进入步骤四；
步骤三、反向快速转动挡片(2)，等时间间隔检测光电开关(1)的输出信号；当检测光电开关(1)的输出信号为1时，反向快速转动挡片(2)时间t后停止转动，进入步骤四；
步骤四、挡片(2)正向快速旋转；等时间间隔检测光电开关(1)的输出信号；当检测光电开关(1)的输出信号变为0时，反向慢速转动挡片(2)，直至检测到光电开关状态变为1，找零后停止。
4.根据权利要求3所述的一种机械臂关节回零方法，其特征在于：所述步骤一中，所述光电开关(1)的机械限位区域A是指转动挡片(2)时，光电开关(1)不允许位于的区域。
5.根据权利要求4所述的一种机械臂关节回零方法，其特征在于：所述机械限位区域A对应圆心o点的圆心角c为30°-60°。
6.根据权利要求5所述的一种机械臂关节回零方法，其特征在于：所述步骤三中，反向快速转动挡片(2)时，转速为10-20r/min。
7.根据权利要求6所述的一种机械臂关节回零方法，其特征在于：所述步骤三中，检测光电开关(1)输出信号的时间间隔为10ms。
8.根据权利要求7所述的一种机械臂关节回零方法，其特征在于：所述步骤三中，t为0.1s。
9.根据权利要求8所述的一种机械臂关节回零方法，其特征在于：所述步骤四中，正向快速旋转挡片(2)时，转速为10-20r/min；检测光电开关(1)输出信号的时间间隔为10ms。
10.根据权利要求9所述的一种机械臂关节回零方法，其特征在于：所述步骤四中，反向慢速转动挡片(2)时，转速为1-2r/min。
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