CN113043264A - 一种一体化关节七轴机器人的零位标定方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及机器人技术领域，特别涉及一种一体化关节七轴机器人的零位标定方法；本发明先将距离传感器和标定板安装在机器人上；再调整机器人姿态，使距离传感器对准所述标定板的孔位，进行第一次标定；而后将机器人的第2、4、6轴分别转动一定角度，记录此时机器人的各轴关节值X7；然后调整机器人姿态，通过转动机器人的各轴，使机器人处于步骤2中的机器人姿态的对称姿态，记录此时机器人的各轴关节值Y7；最后将Y7减去X7，得到机器人各轴的角度差值，得到平均值，将之作为误差对机器人的姿态进行补正，再进行标定；本发明在标定过程中只存在两个标准姿态，简化了标定过程仅通过简单的减法与除法即可完成，提高了标定效率。

Description

一种一体化关节七轴机器人的零位标定方法
技术领域
本发明涉及机器人技术领域，特别涉及一种一体化关节七轴机器人的零位标定方法。
背景技术
机器人的零位标定是离线编程技术实用化的关键技术之一，所谓标定就是应用先进测量手段或几何约束等并基于模型的参数辨识方法辨识出准确的机器人模型参数，从而提高机器人的绝对精度。
目前，机器人的零位标定方法主要包括两类方法。第一类方法为运动学模型标定法，运动学模型标定方法通常四大步骤：建立描述机器人几何特性和运动性能的数学模型；测量机器人末端执行器在世界坐标系下的多点位置坐标；辨识机器人关节角与其末端执行器末点位置之间的函数关系；修改控制器参数使理论值与实际值之间误差最小。第二类方法为机器人自标定的方法，机器人自标定的方法只借助于机器人内部传感器来对其运动学模型进行标定，机器人自标定的方法通常采用施加物理约束或增加冗余传感器来实现。
上述的机器人的两种零位标定方法已经广泛应用在六轴机器人上。随着机器人行业的发展，出现了不同于传统六轴机器人的一体化关节七轴机器人，现有的快速标定方法，计算繁琐，并且需要配套的软件支持，标定过程比较复杂，标定的时间较长，标定的效率过低。
发明内容
本发明主要解决的技术问题是提供一种一体化关节七轴机器人的零位标定方法，在标定过程中只存在两个标准姿态，简化了标定过程，后期仅通过简单的减法与除法即可完成，精简力计算过程，提高了标定效率，降低了标定成本。
为解决上述技术问题，本发明采用的一个技术方案是：提供一种一体化关节七轴机器人的零位标定方法，其中，包括如下步骤：
步骤S1、将距离传感器和标定板安装在机器人上；
步骤S2、调整机器人姿态，使所述距离传感器对准所述标定板的孔位，将此时的机器人姿态作为参考姿态，设定参考姿态下机器人此时的各轴规定关节角度值为(0，a1，0，a2，0，a3，0)，进行第一次标定；
步骤S3、将机器人的第2、4、6轴分别转动2*a1、2*a2、2*a3的角度，记录此时机器人的各轴关节值X7；
步骤S4、调整机器人姿态，通过转动机器人的各轴，使机器人处于步骤2中的机器人姿态的对称姿态，记录此时机器人的各轴关节值Y7；
步骤S5、将步骤S4内机器人的各轴关节值Y7减去步骤S3内机器人的各轴关节值X7，得到机器人各轴的角度差值，再取平均，得到机器人各轴的角度差的平均值，将机器人各轴的角度差的平均值作为误差对机器人的姿态进行补正，再进行第二标定，即完成标定。
作为本发明的一种改进，在步骤S1内，将三个所述距离传感器安装在夹具上，所述夹具安装在机器人的手臂上，所述标定板安装在机器人的底部且面对所述夹具。
作为本发明的进一步改进，在步骤S5内，补正方向需要根据机器人运动的正方向进行判定。
作为本发明的更进一步改进，在步骤S2内，设定a1＝30°，a2＝120°，a3＝60°。
作为本发明的更进一步改进，在步骤S3内，将机器人的第2、4、6轴分别转动60°、240°、120°。
作为本发明的更进一步改进，在步骤S1内，对三个所述距离传感器进行校零。
作为本发明的更进一步改进，在步骤S2内，调整机器人姿态，使所述距离传感器对准所述标定板的孔位，使得所述距离传感器的所示数值达到各轴规定关节角度值。
本发明的有益效果是：与现有技术相比，本发明在标定过程中只存在两个标准姿态，简化了标定过程，后期仅通过简单的减法与除法即可完成，精简力计算过程，提高了标定效率，降低了标定成本。
附图说明
图1为本发明的一体化关节七轴机器人的零位标定方法的步骤框图；
图2为本发明的一体化关节七轴机器人的零位标定方法的步骤S1内安装示意图；
附图标记：1-机器人，2-距离传感器，3-夹具，4-标定板。
具体实施方式
根据机器人运动学的知识，通常机器人也指多关节多自由度机械臂，机械臂通过多个旋转电机驱动，实现机器人末端的可控制定位驱动。机器人自身是没有传感器的，人为在机器人上或旁安装相机或传感器，通过使用相机或传感器获得目标坐标，从而让机器人根据相机或传感器得到的图像对目标进行操作的方式叫做机器人视觉。而为了使得相机或传感器(亦即机器人的眼)与机器人(亦即机器人的手)坐标系之间建立关系就必须要对机器人与相机坐标系进行标定，该标定过程也就叫做手眼标定。
通常机器人的手眼关系分为eye-in-hand以及eye-to-hand两种；其中eye-in-hand也就是眼在手上，机器人的视觉系统随着机械臂末端运动；而eye-to-hand也就是眼在手旁，机器人的视觉系统与机器人基座固定，不会在世界坐标系内运动。
对于eye-in-hand情况，机器人手眼标定即标定得到机器人末端与相机之间的坐标变换关系；对于eye-to-hand情况，机器人手眼标定即标定得到机器人基座与相机之间的坐标变换关系。两种标定方法都将机器人以及相机之间的不变量确定了下来，从而建立了两者的转换矩阵。
如图1所示，本发明的一种一体化关节七轴机器人的零位标定方法，包括如下步骤：
步骤S1、将距离传感器和标定板安装在机器人上；
步骤S2、调整机器人姿态，使所述距离传感器对准所述标定板的孔位，将此时的机器人姿态作为参考姿态，设定参考姿态下机器人此时的各轴规定关节角度值为(0，a1，0，a2，0，a3，0)，进行第一次标定；
步骤S3、将机器人的第2、4、6轴分别转动2*a1、2*a2、2*a3的角度，记录此时机器人的各轴关节值X7；
步骤S4、调整机器人姿态，通过转动机器人的各轴，使机器人处于步骤2中的机器人姿态的对称姿态，记录此时机器人的各轴关节值Y7；
步骤S5、将步骤S4内机器人的各轴关节值Y7减去步骤S3内机器人的各轴关节值X7，得到机器人各轴的角度差值，再取平均，得到机器人各轴的角度差的平均值，将机器人各轴的角度差的平均值作为误差对机器人的姿态进行补正，再进行第二标定，即完成标定。
在本发明内，在标定过程中只存在两个标准姿态，简化了标定过程，后期仅通过简单的减法与除法即可完成，精简力计算过程，提高了标定效率，降低了标定成本。
在本发明内，提供一个具体地步骤流程：
步骤1、将距离传感器2与标定板4安装于机器人1上；
步骤2、调整机器人1姿态至距离传感器2对准标定板4上的孔位并使读数与规定值相等(规定机器人处于标定位置时各轴规定关节角度值为(0，a1，0，a2，0，a3，0))，在此姿态下进行第一次标定(机器人1处于固定姿态时各关节的关节值是一定的，当机器人1到达规定姿态时可认定为各轴关节角度值与规定关节角度值相同，在此姿态下进行标定，将此姿态作为参考姿态)；
步骤3、在标定后将机器人1的第2、4、6轴分别移动2*a1、2*a2、2*a3，移动后机器人1理论上应处于步骤2中的对称位置(通过各轴移动规定角度，如果机器人1不存在误差，移动后机器人1应处于步骤2中的对称位置)；
步骤4、调整机器人1姿态，通过移动各轴，使机器人1处于步骤2中的对称姿态，记录此时各轴关节值；
步骤5、将步骤4与步骤3中所得到的角度作差，并取平均值，将得到的平均值作为误差对机器人1进行补正，补正方向需要根据机器人1运动的正方向进行判定，补正之后进行第二次标定，可认定为标定完成。
在本发明内，在步骤S1内，将三个距离传感器2安装在夹具3上，夹具3安装在机器人1的手臂上，标定板4安装在机器人1的底部且面对夹具3。
在本发明内，在步骤S5内，补正方向需要根据机器人1运动的正方向进行判定。
在本发明内，在步骤S2内，设定a1＝30°，a2＝120°，a3＝60°；在步骤S3内，将机器人的第2、4、6轴分别转动60°、240°、120°。
在本发明内，在步骤S1内，对三个所述距离传感器进行校零；在步骤S2内，调整机器人姿态，使所述距离传感器对准所述标定板的孔位，使得所述距离传感器的所示数值达到各轴规定关节角度值。
本发明提供一个实施例，该实施例为：
步骤1、将三个距离传感器2、夹具3和一个标定板4安装至机器人1，并对距离传感器2进行校零；
步骤2、将七轴机器人1各关节角度值依次调整至(0，30，0，120，0，60，0)，若距离传感器2所示数值与规定关节角度值不符，调整机器人1姿态直到距离传感器2所示数值符合规定值，对机器人进行标定；
步骤3、将机器人1的第2、4和6轴分别向负方向移动60°、240°以及120°，记录此时各轴关节值；
步骤4、若距离传感器2在此时显示数值与规定关节角度值之不符，调整机器人1姿态直到距离传感器2显示数值符合规定，记录此时机器人各轴关节值；
步骤5、将步骤3与步骤4中记录的关节值作差，取差值绝对值的平均值，将平均值作为误差对机器人进行补正，补正之后对机器人1进行标定，即完成标定。
以上所述仅为本发明的实施方式，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (7)

1.一种一体化关节七轴机器人的零位标定方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤S1、将距离传感器和标定板安装在机器人上；
步骤S2、调整机器人姿态，使所述距离传感器对准所述标定板的孔位，将此时的机器人姿态作为参考姿态，设定参考姿态下机器人此时的各轴规定关节角度值为(0，a1，0，a2，0，a3，0)，进行第一次标定；
步骤S3、将机器人的第2、4、6轴分别转动2*a1、2*a2、2*a3的角度，记录此时机器人的各轴关节值X7；
步骤S4、调整机器人姿态，通过转动机器人的各轴，使机器人处于步骤2中的机器人姿态的对称姿态，记录此时机器人的各轴关节值Y7；
步骤S5、将步骤S4内机器人的各轴关节值Y7减去步骤S3内机器人的各轴关节值X7，得到机器人各轴的角度差值，再取平均，得到机器人各轴的角度差的平均值，将机器人各轴的角度差的平均值作为误差对机器人的姿态进行补正，再进行第二标定，即完成标定。
2.根据权利要求1的一种一体化关节七轴机器人的零位标定方法，其特征在于，在步骤S1内，将三个所述距离传感器安装在夹具上，所述夹具安装在机器人的手臂上，所述标定板安装在机器人的底部且面对所述夹具。
3.根据权利要求1的一种一体化关节七轴机器人的零位标定方法，其特征在于，在步骤S5内，补正方向需要根据机器人运动的正方向进行判定。
4.根据权利要求1的一种一体化关节七轴机器人的零位标定方法，其特征在于，在步骤S2内，设定a1＝30°，a2＝120°，a3＝60°。
5.根据权利要求4的一种一体化关节七轴机器人的零位标定方法，其特征在于，在步骤S3内，将机器人的第2、4、6轴分别转动60°、240°、120°。
6.根据权利要求1的一种一体化关节七轴机器人的零位标定方法，其特征在于，在步骤S1内，对三个所述距离传感器进行校零。
7.根据权利要求6的一种一体化关节七轴机器人的零位标定方法，其特征在于，在步骤S2内，调整机器人姿态，使所述距离传感器对准所述标定板的孔位，使得所述距离传感器的所示数值达到各轴规定关节角度值。
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