CN114619487B - 并联机器人的零点标定方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了并联机器人的零点标定方法，将三个动力模块分别安装到静平台上后再整体放置到标定平台上；测量并调整三个动力模块位置使标定平台的上平面与静平台平行；将一个上臂沿逆时针旋转至其硬限位，控制系统检测并记录此位置，将上臂顺时针旋转角度α，测量并记录此时上臂末端的球头最高点距标定平台上平面的高度，计算上臂末端的球头中心点所在位置与该上臂接头的轴线之间的高度H，计算此时上臂与理论静平台平面的角度β，角度(α+β)就是这次标定所要上臂的零点角度；将此数据做标记并填入机器人的控制系统；重复以上步骤完成其余两个动力模块的标定。所使用设备价格低，标定过程简单，容易操作，可实现并联机器人零点的快速、准确标定。

Description

并联机器人的零点标定方法
技术领域
本发明涉及并联机器人参数标定技术领域，特别涉及并联机器人的零点标定方法。
背景技术
机器人在制造过程中，各部分零件都会有制造误差；装配过程中还会引入装配误差。所有的误差累计，会对最终的成品产生叠加的影响。为了保证机器人的最终精度，需要在装配完成后对各部分进行精确的标定，以消除或设法补偿各种误差。
目前常用的标定方法，大多采用激光跟踪仪或工业相机等光学设备。此类设备价格高昂，对于初创公司或者某些大专院校等有检测需求的单位来说需要有大量的成本支出。
并联机器人的精度有许多的影响因素。在这众多的因素中，绝大多数都可以在零件加工过程中，通过保证相关的零件精度，使其对最终精度的影响降低到可接受的范围。通过精度拆分，最终确定只需对上臂的零点进行精确标定，而其他零件的误差通过零件加工精度进行保证，就能是最终的精度满足使用要求。
发明内容
为克服现有技术中存在的问题，本发明提供了一种并联机器人的零点标定方法。不借助价格高昂的光学设备，而采用市面常见的、廉价的检测设备，精确标定并联机器人的上臂零点角度，使机器人的最终精度接近于用激光跟踪仪进行标定后的精度，满足绝大多数场景的使用要求。
本发明解决其技术问题所采取的技术方案是：该并联机器人的零点标定方法，标定过程为：将三个动力模块分别安装到静平台上后再整体放置到标定平台上；测量并调整三个动力模块位置使标定平台的上平面与静平台平行；将机器人其中一个上臂沿逆时针旋转至其硬限位，控制系统检测并记录此位置，然后将上臂顺时针旋转角度α，测量并记录此时上臂末端的球头最高点距标定平台上平面的高度，结合上臂接头的外圆直径和球头的直径计算上臂末端的球头中心点所在位置与该上臂接头的轴线之间的高度H，结合上臂长度计算此时上臂与理论静平台平面的角度β，角度(α+β)就是这次标定所要上臂的零点角度；
将此数据做标记并填入机器人的控制系统；重复以上步骤完成其余两个动力模块的标定。
进一步地，使用高度尺检测上臂接头的外圆上母线，通过垫钢片或者支撑螺栓调节使三个动力模块上此位置距离标定平台上表面的高度一致，并记此高度为H1；此时标定平台的上平面为与静平台平行的平面。
进一步地，在动力模块的控制系统内预先输入上臂长度L、上臂接头的外圆直径D和球头的直径d。
进一步地，使用高度尺测量上臂末端的球头最高点距标定平台上平面的高度，记为H2；将H1和H2都输入控制系统，结合上臂接头的外圆直径D和球头的直径d，计算出上臂末端的球头中心点所在位置与该上臂接头的轴线之间的高度H，H＝(H2-d/2)-(H1-D/2)；结合上臂长度L，计算出此时上臂与理论静平台平面的角度β＝arcsin(H/L)。
进一步地，当同一上臂末端两球头中心点连线与理论静平台平面重合时，此时上臂的角度为其零点角度；机器人所有位置的计算，均以此角度为基础进行计算。
进一步地，理论静平台平面为三条上臂的旋转中心线构成的平面。
进一步地，理论角度误差δ按如下公式计算：其中δ检为检具高度尺的误差，δ台为铸铁平台的平面度误差，L为上臂长度。
进一步地，动力模块通过专门的标定用控制系统或者机器人本身的控制系统进行控制。
综上，本发明的上述技术方案的有益效果如下：
标定所使用设备价格低，易采购，尤其适合缺少资金的企事业单位。
标定过程简单，容易操作，且标定精度较高，可以实现并联机器人零点的快速、准确标定。
附图说明
图1为本发明标定过程使用的标定设备及标定过程中的某一状态。
图2为标定过程中各参数的指示图。
图中：
1标定平台，2高度尺，31球头，32上臂，33上臂接头，4第一动力模块，5第二动力模块，6第三动力模块，7静平台，8旋转中心线。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的特征和原理进行详细说明，所举实施例仅用于解释本发明，并非以此限定本发明的保护范围。
本发明主要解决上臂零点的标定问题。上臂零点的定义如图1所示：当上臂32末端的两球头31中心点连线与理论静平台平面重合时，此时上臂的角度为其零点角度。机器人所有位置的计算，均以此角度为基础进行计算。机器人的理论静平台平面是指图1中三条上臂的旋转中心线8构成的平面，该平面位于静平台7底面下方，也就是距离静平台底面还有一定距离的平面。
标定过程为：将三个动力模块(第一动力模块4，第二动力模块5和第三动力模块6)分别对应三个上臂32安装到静平台7上，然后在将整体放置到铸铁的标定平台1上，标定平台1的顶面为平面。使用高度尺2检测上臂接头33的外圆上母线，然后通过垫钢片或者支撑螺栓调节使三个动力模块上此位置距离铸铁平台上表面的高度一致，并将此高度记为H1。此时标定平台1的上平面为与静平台平行的平面。
动力模块通过专门的标定用控制系统或者机器人本身的控制系统进行控制。在控制系统中预先输入上臂的长度L、上臂接头33的外圆直径D和球头31的直径d。首先将机器人上臂沿逆时针旋转至其硬限位，系统检测并记录此位置，然后将上臂顺时针旋转角度α。使用高度尺测量上臂末端的球头最高点距标定平台1上平面的高度，并将此高度记为H2。将H1和H2都输入控制系统，结合上臂接头33的外圆直径D和球头31的直径d，可以计算出图2中的直角边H＝(H2-d/2)-(H1-D/2)，H代表上臂末端的球头中心点所在位置与该上臂接头的轴线之间的高度。结合上臂长度L，可以计算出此时上臂与理论静平台平面的角度β＝arcsin(H/L)。而角度(α+β)就是这次标定所要上臂的零点角度。将此数据做标记并填入机器人的控制系统。重复以上步骤完成其余两个动力模块的标定。
本标定方案中理论角度误差δ按如下公式计算：其中δ检为检具高度尺的误差，δ台为铸铁平台的平面度误差，L为上臂长度。取δ检＝0.02mm，δ台＝0.01mm，L＝380mm，可计算出上臂的理论误差为δ＝0.0045°，精度完全满足使用要求。
上述实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行的描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域相关技术人员对本发明的各种变形和改进，均应扩入本发明权利要求书所确定的保护范围内。

Claims (8)

1.并联机器人的零点标定方法，其特征在于，标定过程为：将三个动力模块分别安装到静平台上后再整体放置到标定平台上；测量并调整三个动力模块位置使标定平台的上平面与静平台平行；将机器人其中一个上臂沿逆时针旋转至其硬限位，控制系统检测并记录此位置，然后将上臂顺时针旋转角度α，测量并记录此时上臂末端的球头最高点距标定平台上平面的高度，结合上臂接头的外圆直径和球头的直径计算上臂末端的球头中心点所在位置与该上臂接头的轴线之间的高度H，结合上臂长度计算此时上臂与理论静平台平面的角度β，所述理论静平台平面是三条上臂的旋转中心线构成的平面，角度α+β就是这次标定所要上臂的零点角度；
将此数据做标记并填入机器人的控制系统；重复以上步骤完成其余两个动力模块的标定。
2.根据权利要求1所述的并联机器人的零点标定方法，其特征在于，使用高度尺检测上臂接头的外圆上母线，通过垫钢片或者支撑螺栓调节使三个动力模块上此位置距离标定平台上表面的高度一致，并记此高度为H1；此时标定平台的上平面为与静平台平行的平面。
3.根据权利要求2所述的并联机器人的零点标定方法，其特征在于，在动力模块的控制系统内预先输入上臂长度L、上臂接头的外圆直径D和球头的直径d。
4.根据权利要求3所述的并联机器人的零点标定方法，其特征在于，使用高度尺测量上臂末端的球头最高点距标定平台上平面的高度，记为H2；将H1和H2都输入控制系统，结合上臂接头的外圆直径D和球头的直径d，计算出上臂末端的球头中心点所在位置与该上臂接头的轴线之间的高度H，H＝(H2-d/2)-(H1-D/2)；结合上臂长度L，计算出此时上臂与理论静平台平面的角度β＝arcsin(H/L)。
5.根据权利要求4所述的并联机器人的零点标定方法，其特征在于，当同一上臂末端两球头中心点连线与理论静平台平面重合时，此时上臂的角度为其零点角度；机器人所有位置的计算，均以此角度为基础进行计算。
6.根据权利要求4或5所述的并联机器人的零点标定方法，其特征在于，理论静平台平面为三条上臂的旋转中心线构成的平面。
7.根据权利要求2所述的并联机器人的零点标定方法，其特征在于，理论角度误差δ按如下公式计算：其中δ检为检具高度尺的误差，δ台为标定平台的平面度误差，L为上臂长度。
8.根据权利要求1所述的并联机器人的零点标定方法，其特征在于，动力模块通过专门的标定用控制系统或者机器人本身的控制系统进行控制。
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