CN114274132A - 一种多关节机器人上电关节精度管理方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种多关节机器人上电关节精度管理方法，其特点在于，工业机器人包括：设定模块，用于设定所述工业机器人的旋转中心点；启动模块，用于接收开机启动指令以执行开机动作；控制模块，用于控制所述工业机器人绕所述旋转中心点以第一角度旋转，并在旋转过程中检测各关节的电机增量式编码器的绝对位置；以及用于检查是否成功检测工业机器人的各增量式编码器的绝对位置，若成功检测，控制工业机器人结束检测绝对位置，若未能成功检测，控制工业机器人继续检测绝对位置。本发明的有益效果是：工业机器人末端位移小，安全性好。

Description

一种多关节机器人上电关节精度管理方法

技术领域

本发明涉及一种工业机器人领域，特别是涉及一种工业机器人及其控制方法。

背景技术

随着社会的发展，机器人开始广泛应用于各个领域，包括家用机器人、工业机器人等多个领域。工业机器人包括机械臂以及多个关节，关节包括驱动电机、电机编码器，电机用于提供关节动力，电机编码器能够监测关节的运动以提供关节速度等工作信息，电机编码器可分为绝对式电机编码器和增量式编码器，其中，增量式编码器包括索引，通过检测增量式编码器的索引获取增量式编码器的绝对位置，以确保工业机器人开机工作的精度。

对于工业机器人而言，开机启动后需要对关节精度进行校准，即通过旋转关节以检测绝对位置，但是各关节的转动使得工业机器人末端位移较大，容易发生碰撞，工业机器人安全性受到挑战。

因此，有必要设计一种末端位移小，安全性较好的工业机器人及其控制方法。

发明内容

鉴于此，本发明的目的在于提供一种末端位移小，安全性较好的工业机器人及其控制方法。

本发明可采用如下技术方案：一种工业机器人，包括机械臂，以及连接机械臂的各机械臂部分的多个关节，所述关节包括驱动电机、电机增量式编码器，所述工业机器人包括：设定模块，用于设定所述工业机器人的旋转中心点；启动模块，用于接收开机启动指令以执行开机动作；控制模块，用于控制所述工业机器人绕所述旋转中心点以第一角度旋转，并在旋转过程中检测各所述电机增量式编码器的绝对位置；以及用于检查是否成功检测工业机器人的各增量式编码器的绝对位置，若成功检测，控制工业机器人结束检测绝对位置。

进一步的，所述控制模块用于若未能成功检测，控制工业机器人继续检测绝对位置。

进一步的，所述旋转中心点为工业机器人的工具中心点。

进一步的，所述工业机器人可连接工具以执行工作任务，所述旋转中心点位于所述工具上。

进一步的，所述控制模块用于检查未能成功检测各增量式编码器的绝对位置，控制工业机器人绕所述旋转中心点以第二角度旋转，并在旋转过程中检测各增量式编码器的绝对位置，所述第二角度大于所述第一角度。

进一步的，所述第二角度为所述第一角度递增若干次预定量后得到。

进一步的，所述控制模块用于判断所述第二角度是否超过旋转阈值角度，判断为超过时，控制所述工业机器人报警和/或停机。

进一步的，所述控制模块用于若成功检测，控制工业机器人回归初始姿态。

进一步的，所述控制模块用于若成功检测，控制工业机器人绕所述旋转中心旋转以回归初始姿态。

进一步的，所述控制模块用于控制所述工业机器人绕所述旋转中心点做三个方向的旋转运动，并在旋转过程中解除工业机器人的制动。

本发明还可采用如下技术方案：一种工业机器人的控制方法，适用于上述任一项所述的工业机器人，包括：设定工业机器人的旋转中心点；

控制工业机器人开机启动；控制所述工业机器人绕所述旋转中心点以第一角度转动，并在旋转过程中检测工业机器人的各电机增量式编码器的绝对位置；检查是否成功检测各增量式编码器的绝对位置，若成功检测，控制工业机器人结束检测绝对位置；若未能成功检测，控制工业机器人继续检测绝对位置。

进一步的，所述旋转中心点为工业机器人的工具中心点。

进一步的，所述工业机器人可连接工具以执行工作任务，所述旋转中心点位于所述工具上。

进一步的，所述控制方法包括：未能成功检测各增量式编码器的绝对位置，控制工业机器人绕所述旋转中心点以第二角度旋转，并在旋转过程中检测各增量式编码器的绝对位置，所述第二角度大于所述第一角度。

进一步的，所述第二角度为所述第一角度递增若干次预定量后得到。

进一步的，所述控制方法包括：判断所述第二角度是否超过旋转阈值角度，判断为超过时，控制所述工业机器人报警和/或停机。

进一步的，所述控制方法包括：若成功检测各增量式编码器的绝对位置，控制所述工业机器人回归初始姿态。

进一步的，所述控制方法包括：若成功检测各增量式编码器的绝对位置，控制所述工业机器人绕所述旋转中心点旋转以回归初始姿态。

进一步的，所述控制方法包括：若未成能成功检测各增量式编码器的绝对位置，控制工业机器人绕所述旋转中心点以第二角度旋转，并在旋转过程中检测各增量式编码器的绝对位置，所述第二角度大于所述第一角度。

与现有技术相比，本发明具体实施方式的有益效果为：工业机器人通过自身绕旋转中心点的旋转运动检测各增量式编码器的绝对位置，工业机器人本体的运动范围受到限制，且末端位移较小，工业机器人不易发生碰撞，安全性好。

附图说明

以上所述的本发明的目的、技术方案以及有益效果可以通过下面附图实现：

图1是本发明的一个实施例的工业机器人的示意图

图2是本发明的一个实施例的工业机器人的模块图

图3是本发明的一个实施例的增量式编码器的示意图

图4是本发明一个实施例的工业机器人检测绝对位置的流程图

图5是本发明又一实施例的工业机器人检测绝对位置的流程图

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分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，都属于本发明保护的范围。

本发明保护一种工业机器人，参图1-2，图1示出了本发明一个实施例的工业机器人的示意图，图2示出了本发明一个实施例的工业机器人的模块图。工业机器人包括传统的工业机器人和新型的协作机器人，传统的工业机器人主要用于工业环境中替代人工执行工作，协作机器人用于工业、生活、零售等多种场景，因其柔性化能够和人一起协作完成任务，因此能够在较多的场景下执行工作，本发明所保护的技术方案可适用于工业机器人领域，优选的，适用于协作机器人，因协作机器人是对安全性要求更高的一类工业机器人，因此本发明优选的适用于协作机器人以提升其安全性。工业机器人100包括机械臂，以及连接机械臂的各机械臂部分2的多个关节3，所述关节3包括驱动电机和电机增量式编码器，所述电机提供工业机器人100工作的动力，能够驱动关节3旋转以使得工业机器人100的各机械臂部分2产生运动从而执行工作任务。本发明所保护的工业机器人100包括设定模块20，用于设定所述工业机器人100的旋转中心点；启动模块30，用于接收开机启动指令以执行开机动作；以及控制模块40，用于控制所述工业机器人100绕所述旋转中心点以第一角度旋转，并在旋转过程中检测各所述电机增量式编码器的绝对位置，所述控制模块40还用于检测是否成功检测工业机器人100各增量式编码器的绝对位置，若成功检测，控制工业机器人100结束检测绝对位置，进一步的，若未能成功检测，控制工业机器人100继续检测绝对位置，以及，若未能成功检测，控制工业机器人报警和/或停机。。具体的，所述工业机器人100进一步的可包括机器人示教器(图未示)，通过机器人示教器可以设定工业机器人的各项工作参数，例如，在一个实施例中，所述设定模块20包括机器人示教器，并通过机器人示教器设定工业机器人100的旋转中心点。在另一实施例中，所述设定模块20能够接收来自机器人示教器的设定信息并为工业机器人100设定旋转中心点，以满足其后续动作的需求。由设定模块20完成对工业机器人100的旋转中心点的设置后，工业机器人100可开机运行，通过启动模块30接收开机指令以执行开机动作，控制模块40控制工业机器人100以第一角度绕旋转中心点旋转，所述旋转中心点由上述设定模块20设定，所述第一角度例如可以是一预设角度，例如，工业机器人100通过出厂设置确定第一角度，或者，第一角度可以是用户通过机器人示教器设定的角度，又或者，所述第一角度可以是一合理范围内的随机角度。本发明所保护的工业机器人100包括多个关节3，关节3包括增量式编码器，增量式编码器又可以分为单通道增量式编码器、双通道增量式编码器、三通道增量式编码器，其中，三通道增量式编码器内部包括双通道增量式编码器的两对光电耦合器，以及在脉冲码盘的另一个通道还包括索引，示例性的，通过检测各增量式编码器的索引以检测各增量式编码器的绝对位置，以确保工业机器人上电精度。在本发明的一个实施例中，增量式编码器包括三通道增量式编码器，参图3，该增量式编码器10能够输出三相方波脉冲A相、B相和I相，其中，A、B两相脉冲相位差90度可以判断出旋转方向和旋转速度，而I相脉冲，也即I ndex脉冲，用于确保工业机器人100开机上电精度，从而为工业机器人100提供各项可靠的参数。在一个实施例中，所述索引11包括零位标记，能够用作系统清零信号以确保机器人上电精度。机器人100开机后，需要检测索引11的位置，以检测各增量式编码器的绝对位置，以确保增量式电机编码器10的精度，控制模块40控制工业机器人100绕旋转中心旋转，其中，旋转中心点的位置不变，工业机器人100绕旋转中心点旋转过程中，工业机器人100的各个关节3因此发生转动，在旋转过程中检测各增量式编码器10的索引11，即检测各增量式编码器的绝对位置，工业机器人100包括多个关节3，对应包括多个增量式编码器10，若工业机器人100成功检测各个关节3的增量式编码器10的绝对位置，则各增量式编码器10的精度得以保证，此时，控制工业机器人100结束检测绝对位置；若未能成功检测各关节3的增量式编码器的绝对位置，控制工业机器人100继续检测各增量式编码器的绝对位置。通过工业机器人绕旋转中心旋转以检测各增量式编码器的的绝对位置，旋转过程中旋转中心点的位置不变，末端的位置可控，不易发生碰撞，工业机器人安全性好。

工业机器人100绕旋转中心点旋转的过程中检测各增量式编码器的绝对位置，其中，所述旋转中心点可以通过用户设定以确定，例如，工业机器人100包括机器人示教器，可以通过在机器人示教器上设置相关的设定选项以供用户设定各旋转中心点，例如，示教器可以包括“设置旋转中心点”的功能。

工业机器人100可以通过连接不同的工具4以执行不同的工作任务。例如，所述旋转中心点可以是工业机器人100的工具中心点，工业机器人100在工作前，需要设置工具中心点，所述工具中心点可以通过机器人示教器进行设置，在完成对工具中心点的设置后，工具中心点的运动能够代表工具4所执行的运动，机器人连接的工具4不同时，其工具中心点的设置通常也不同，当旋转中心点为工具中心点时，用户可以通过设置工具中心点以完成对旋转中心点的设置。将所述工具中心点设置为旋转中心点，当所述工业机器人100绕旋转中心点转动时，即所述工业机器人绕工具中心点转动时，工具中心点的位置不变化，而工具中心点是比较能表征工具运动状况的点，当工具中心点的位置不变化时，所述工具4的位置相对不变或只发生比较小的变化，从而避免因旋转检测绝对位置而使得工具端位移较大而引起的碰撞。对于工业机器人100而言，限制工业机器人工具端的位移是很有必要的，例如，所述旋转中心点也可设置于所述工具上，当工业机器人100绕旋转中心点旋转时，旋转中心点位置不变，使得工业机器人100工具端的位移很小或几乎没有，以避免工具端发生碰撞。

控制模块40用于控制工业机器人100绕上述设定的旋转中心点旋转以检测各增量式编码器的绝对位置，当成功检测各增量式编码器的绝对位置时，控制工业机器人100结束检测绝对位置，进一步的，也即当成功检测各增量式编码器的绝对位置时，控制工业机器人100回归初始姿态，具体的，所述初始姿态为工业机器人100未执行旋转运动前的姿态，或者，所述初始姿态为工业机器人100开机启动后的姿态。进一步的，所述控制模块40用于成功检测各增量式编码器的绝对位置时，控制工业机器人100绕所述旋转中心点旋转以回归初始姿态。当工业机器人绕旋转中心点运动时，其末端位移较小，从而实现了检测绝对位置以及回归初始姿态时末端位移均较小，也即使得检测绝对位置的全过程末端位移小，不易发生碰撞，安全性好。以及，控制模块40未能成功检测各增量式编码器的绝对位置时，控制工业机器人100继续检测绝对位置。具体的，所述控制模块40未能成功检测各增量式编码器的绝对位置包括，所述控制模块40仅成功检测工业机器人100的部分增量式编码器的绝对位置，而并未对成功检测各个增量式编码器的绝对位置。进一步的，控制模块40未能成功检测各增量式编码器的绝对位置时，控制工业机器人100以第二角度绕所述旋转中心点旋转，并在旋转过程中检测各增量式编码器的绝对位置，所述第二角度大于所述第一角度，也即，当以第一角度绕旋转中心点旋转未能成功检测各增量式编码器的绝对位置时，增大旋转角度为第二角度再次检测各增量式编码器的绝对位置，并通过控制模块40再次检查是否检测到各绝对位置，并根据是否成功检测各增量式编码器的绝对位置执行相应操作。进一步的，所述第二角度为所述第一角度递增若干次预定量后得到，其中，所述预定量为预设的增量，即当以第一角度绕旋转中心点旋转未能成功检测各绝对位置时，根据预定量增大旋转角度至第二角度，以第二角度绕旋转中心点旋转以再次检测各绝对位置，若成功检测各绝对位置，则结束检测绝对位置，若未能成功检测各绝对位置，则在第二角度的基础上，递增预定量，以得到更新的第二角度，并继续绕旋转中心点旋转以继续检测绝对位置，以此类推，以最终完成对各绝对位置的检测。同时，为了确保工业机器人本体的安全，第二角度的递增需要受到限制，即所述第二角度不得超过旋转阈值角度，否则就控制工业机器人执行报警和/或停机操作，以避免工业机器人工作于安全性低的场景下。参图4，图4示出了本发明一个实施例的工业机器人检测绝对位置的流程图，即由设定模块20设定工业机器人的旋转中心点后，启动模块30接收开机启动指令以执行开机动作，控制模块40控制工业机器人绕所述旋转中心点以第一角度旋转，并在旋转过程中检测各所述电机增量式编码器的绝对位置，若成功检测各电机增量式编码器的绝对位置，则结束检测绝对位置，若未能成功检测各编码器绝对位置，则继续检测各编码器的绝对位置。进一步的，参图5，图5示出了本发明又一实施例的工业机器人检测绝对位置的流程图。即由设定模块20设定工业机器人的旋转中心点后，由启动模块30接收开机启动指令以执行开机动作，控制模块40控制所述工业机器人绕所述旋转中心点以第一角度旋转，并在旋转过程中检测各所述电机增量式编码器的绝对位置，以及检查是否成功检测各增量式编码器的绝对位置，若成功检测，则控制工业机器人结束检测绝对位置，若未能成功检测，控制工业机器人100以第二角度旋转并再次检测绝对位置，以及再次检测以第二角度绕旋转中心点旋转检测绝对位置是否成功。其中，第二角度由第一角度递增若干次预定量后得到，示例性的，用A1表示第一角度，用A2表示第二角度，用N表示递增的次数，用M表示预定量，所述预定量表示当未能成功检测各增量式编码器的绝对位置时，需要增加的角度以执行下一次的检测各增量式编码器的绝对位置工作，则第二角度A2＝A1+N*M，示例性的，例如第一角度为3度，每次递增的预定量为1度，则当绕所述旋转中心点以第一角度旋转未能成功检测各编码器的绝对位置时，即以3度的旋转角度绕旋转中心点旋转未能成功检测各绝对位置时，下一动作执行检测绝对位置时，以4度的旋转角度绕旋转中心点旋转以继续检测各绝对位置。以及，对第二角度的大小进行检测，一旦其超过旋转阈值角度，控制工业机器人100停机和/或报警，以确保工业机器人工作的安全性。需要说明的是，前文表述的“各绝对位置”或“各编码器绝对位置”为简要表述，均指代“各电机增量式编码器的绝对位置”。

以上优选实施例的有益效果在于：工业机器人通过执行绕旋转中心点的旋转运动以检测各增量式编码器的绝对位置，工业机器人本体的运动范围受到限制，且末端位移较小，工业机器人不易发生碰撞，安全性好。

本发明还提供了一种工业机器人的控制方法，适用于前述任一种工业机器人，该控制方法包括：

设定工业机器人的旋转中心点。

即在工业机器人执行工作之前，操作以设定工业机器人的旋转中心点。在一个实施例中，所述旋转中心点为工业机器人的工具中心点；在另一个实施例中，所述旋转中心点位于工业机器人所连接的工具上。在其他实施例中，所述旋转中心点可以根据需求设定，优选的，所述旋转中心点设置于所述工具中心点附近。

控制工业机器人开机启动；

控制所述工业机器人绕所述旋转中心点以第一角度转动，并在旋转过程中检测工业机器人的各电机增量式编码器的绝对位置；

检查是否成功检测各增量式编码器的绝对位置，若成功检测，控制工业机器人结束检测绝对位置；若未能成功检测，控制工业机器人继续检测绝对位置。

具体的，所述成功检测，即成功检测各增量式编码器的绝对位置，所述未成功检测，即未能成功检测所有的增量式编码器的绝对位置。所述未能成功检测，控制工业机器人继续检测绝对位置包括，

控制工业机器人绕所述旋转中心点以第二角度转动，并在旋转过程中检测各增量式编码器的绝对位置，所述第二角度大于所述第一角度。具体的，所述成功检测，控制工业机器人结束检测绝对位置包括：控制工业机器人回归初始姿态。进一步的，所述控制工业机器人回归初始姿态包括，控制工业机器人绕旋转中心点旋转以回归初始姿态。该控制方法控制各增量式编码器检测绝对位置，使得工业机器人的末端位移小，不易发生碰撞，安全性好。

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 (10)

1.一种工业机器人，包括机械臂，以及连接机械臂的各机械臂部分的多个关节，所述关节包括驱动电机、电机增量式编码器，其特征在于，所述工业机器人包括：

设定模块，用于设定所述工业机器人的旋转中心点；

启动模块，用于接收开机启动指令以执行开机动作；

控制模块，用于控制所述工业机器人绕所述旋转中心点以第一角度旋转，并在旋转过程中检测各所述电机增量式编码器的绝对位置；以及用于检查是否成功检测工业机器人的各增量式编码器的绝对位置，若成功检测，控制工业机器人结束检测绝对位置。

2.根据权利要求1所述的工业机器人，其特征在于，所述控制模块用于若未能成功检测，控制工业机器人继续检测绝对位置。

3.根据权利要求1所述的工业机器人，其特征在于，所述旋转中心点为工业机器人的工具中心点。

4.根据权利要求1所述的工业机器人，其特征在于，所述工业机器人可连接工具以执行工作任务，所述旋转中心点位于所述工具上。

5.根据权利要求1所述的工业机器人，其特征在于，所述控制模块用于检查未能成功检测各增量式编码器的绝对位置，控制工业机器人绕所述旋转中心点以第二角度旋转，并在旋转过程中检测各增量式编码器的绝对位置，所述第二角度大于所述第一角度。

6.根据权利要求5所述的工业机器人，其特征在于，所述控制模块用于判断所述第二角度是否超过旋转阈值角度，判断为超过时，控制所述工业机器人报警和/或停机。

7.根据权利要求1所述的工业机器人，其特征在于，所述控制模块用于若成功检测，控制工业机器人回归初始姿态。

8.根据权利要求1所述的工业机器人，其特征在于，所述控制模块用于若成功检测，控制工业机器人绕所述旋转中心点旋转以回归初始姿态。

9.一种工业机器人的控制方法，适用于权利要求1-8中任一项所述的工业机器人，其特征在于，包括：

设定工业机器人的旋转中心点；

控制工业机器人开机启动；

控制所述工业机器人绕所述旋转中心点以第一角度转动，并在旋转过程中检测工业机器人的各电机增量式编码器的绝对位置；

检查是否成功检测各增量式编码器的绝对位置，若成功检测，控制工业机器人结束检测绝对位置；若未能成功检测，控制工业机器人继续检测绝对位置。

10.根据权利要求9所述的控制方法，其特征在于，所述控制方法包括：若未能成功检测各增量式编码器的绝对位置，控制工业机器人绕所述旋转中心点以第二角度旋转，并在旋转过程中检测各增量式编码器的绝对位置，所述第二角度大于所述第一角度。

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