CN114714399B - 六轴串联机器人机械参数的标定方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了六轴串联机器人机械参数的标定方法，包括以下步骤：1)、二轴零点标定：第一基准面的调整和二轴水平角度标定；2)四轴零点标定：第二基准面的调整和四轴零点角度标定；3)三轴零点标定；4)五轴的零点标定。借助常见检测工具，避免了昂贵设备的成本支出。采用可直接示数的测量装置，避免了人眼观测造成的不可控误差。标定过程可直接确定零点位置，避免了复杂的运算。测量装置精度相对更高，可避免依赖零件加工精度来确定零点位置造成的过大误差。

Description

六轴串联机器人机械参数的标定方法

技术领域

本发明涉及机器人机械参数标定技术领域，特别涉及六轴串联机器人机械参数的标定方法。

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。

目前六轴串联机器人常用的标定方法，大多采用激光跟踪仪等设备。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会有较大的成本压力。另有采用末端工装对点进行标定的方法，由于人眼观察具有很大的不确定性误差，会导致最终的标定精度误差较大；需要设计专门的程序来处理相关数据，有较高的技术能力需求。还有采用键槽或销钉进行零点位置确定的方法，因为过度依赖加工精度以及操作过程人为误差的导入，也造成此类方法确定零点位置的精度误差过大。

发明内容

为克服现有技术中存在的问题，本发明提供了一种六轴串联机器人机械参数的标定方法。

本发明解决其技术问题所采取的技术方案是：该六轴串联机器人机械参数的标定方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)、二轴零点标定：

第一基准面的调整：旋转机械手的第一轴，通过机械手末端安装的百分表的测量头划过平台的顶面，此过程中调整平台位置使百分表的读数在划动过程中没有变化，平台的顶面作为第一基准面。

二轴水平角度标定：通过两个高度尺检测二轴和三轴旋转轴线的轴承内圈的下母线到平台上平面的高度，结合实测的内圈直径，计算出两轴线的高度；调整二轴的角度，使两轴线高度一致；记录此时二轴电机的位置，从此位置向上旋转90°设置为二轴的零点位置。

2)四轴零点标定：

第二基准面的调整：在平台上放置一直角三角形尺，通过机械手末端安装的百分表的测量头划过直角三角形尺的竖直侧面，单独转动三轴，调整三角尺的摆放位置，使在三轴摆动的过程中百分表读数无变化，直角三角形尺的竖直侧面作为第二基准面。

四轴零点角度标定：保持百分表测量头触及调整好的第二基准面，转动第五轴，观察百分表读数至读数不再发生变化；记录此时第四轴电机的位置，即为第四轴的零点位置。

3)三轴零点标定：在第二轴和第四轴同时处于零点位置的状态下，按照标定第二轴的步骤进行第三轴的标定；调整三轴角度，使三轴旋转轴线与五轴旋转轴线处于同一高度，记录此时的三轴电机位置，记为θ1。

测完θ1后保持二轴不动，三轴向上抬起一定角度；第一基准面放置直角三角形尺，通过机械手末端安装的百分表的测量头触及直角三角形尺的竖直侧面；旋转第四轴以及调整直角三角形尺的摆放角度，使百分表在转动过程中读数无变化；记录此时的三轴位置θ2；则设定第三轴的零点位置为：从位置θ2开始，顺时针转过90°；通过θ1和θ2计算三轴水平方向的长度。

4)五轴的零点标定：

将三轴、四轴调整到零点位置；通过机械手末端安装的百分表的测量头划过第一基准面，旋转第六轴，观察百分表的读数并使百分表读数在旋转第六轴的过程中无变化；记录此时的五轴电机位置，从此位置旋转90°作为第五轴零点。

进一步地，二轴水平角度标定：在二轴零点位置基础上旋转二轴到其某个方向的限位，记录此时的电机角度；将此数据作为零点丢失后重新找回零点的依据。

进一步地，四轴零点角度标定：如果百分表在划过第二基准面的过程中读数有变化，则将第四轴相应的调整一定角度，然后再次转动第五轴，观察百分表读数；重复以上步骤，直至百分表读数不再有变化。

进一步地，百分表读数不再有变化，此时第五轴的旋转轴线与第三轴的旋转轴的轴线平行；旋转第四轴至限位，记录电机此时与零点位置的位置差，作为回零的参考。

进一步地，三轴零点标定：计算出θ1与θ2的角度差：Δθ＝|θ1-θ2|；根据L_水平/L_竖直＝ctgΔθ计算出三轴水平方向的长度L_水平＝L_竖直×ctgΔθ。

进一步地，五轴的零点标定：通过机械手末端安装的百分表的测量头划过第一基准面，旋转第六轴，观察百分表的读数；调整第五轴的角度，使百分表读数在旋转第六轴的过程中无变化。

进一步地，五轴的零点标定：百分表读数在旋转第六轴的过程中无变化，此时第六轴的旋转轴线与第一基准面以及第三轴的旋转轴线垂直，记录此时的五轴电机位置，从此位置旋转90°作为第五轴零点位置。

综上，本发明的上述技术方案的有益效果如下：

借助常见检测工具，避免了昂贵设备的成本支出。采用可直接示数的测量装置，避免了人眼观测造成的不可控误差。标定过程可直接确定零点位置，避免了复杂的运算。测量装置精度相对更高，可避免依赖零件加工精度来确定零点位置造成的过大误差。

附图说明

图1为本发明的结构视图。

图2为三轴零点标定过程中各参数对应在机械手上的指示图。

图中：

1一轴，2二轴，3三轴，4四轴，5五轴，6六轴，7底座，8平台，9百分表，10高度尺，11直角三角形尺，12第一基准面，13竖直侧面。

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。

本发明将要对六轴6串联机器人的二轴2、三轴3、四轴4、五轴4的角度零点以及三轴3的长度尺寸进行标定。

标定所用检具主要包括大理石平台8或铸铁平台8、高度尺10、百分表9。

标定过程为：

1、二轴2零点标定：

1.1基准面的调整：

基准面采用不小于1m×1m的大理石平台8或铸铁平台8，尽量靠近机械手的基座水平放置，平台8四角采用可调地脚支撑。将百分表9固定在机械手末端，百分表9的测量头触及平台8的上平面。旋转机械手的第一轴1(第一轴1为与机器人底座7直接连接的轴，第二轴2至第六轴6为沿机械手臂依次向外的各轴)，使测量头划过平台8上尽可能远的距离。期间调整平台8底面的地脚高度，直至百分表9的读数在划动过程中没有变化。此时平台8上平面即为与第一轴1垂直的平面，此时平台8上平面作为第一基准面12。

1.2二轴2水平角度标定：

调整二轴2摆动臂到目测水平的位置。用高度尺10检测二轴2以及三轴3旋转轴线的轴承内圈的下母线到平台8上平面的高度，结合实测的内圈直径，可计算出两轴线的高度。通过调整二轴2的角度，使两轴线高度一致。记录此时二轴2电机的位置，从此位置向上旋转90°设置为二轴2的零点位置。缓慢旋转二轴2到其某个方向的限位，记录此时的电机角度。可以将此数据作为零点丢失后重新找回零点的依据。

2四轴4零点标定：

2.1第二基准面的调整：

在二轴2零点标定过程中调整好的平台8上放置一直角三角尺，直角三角尺的其中一个水平侧面直角边贴放在平台8上，另一个竖直侧面13直角边大致与三轴3摆动方向平行。百分表9固定在机械手末端，测量头触及三角尺的竖直侧面13。单独转动三轴3，同时调整三角尺的摆放角度(理论上倾斜角度不需调整)，使在三轴3摆动的过程中百分表9读数无变化。此时三角尺的竖直侧面13为与三轴3旋转轴线垂直的平面，作为第二基准面。

2.2四轴4零点角度标定：

第二基准面调整好之后，百分表9继续夹持在机械手末端，测量头触及调好的第二基准面。转动第五轴4，观察百分表9读数。如果百分表9在划过基准面的过程中读数有变化，则将第四轴4相应的调整一定角度，然后再次转动第五轴4，观察百分表9读数。重复以上步骤，直至百分表9读数不再有变化。此时第五轴4的旋转轴线与第三轴3的轴线平行。记录此时第四轴4电机的位置，即为第四轴4的零点位置。旋转第四轴4至限位，记录电机此时与零点位置的位置差，作为以后回零的参考。

3、三轴3零点标定：

3.1在标定完第四轴4后，在第二轴2、第四轴4同时处于零点位置的状态下，按照标定第二轴2的步骤进行第三轴3的标定。调整三轴3角度，使三轴3旋转轴线与五轴4旋转轴线处于同一高度，记录此时的三轴3电机位置，记为θ1。

3.2在θ1测完之后，保持二轴2不动，三轴3向上抬起一定角度。机械手末端夹持百分表9。平台8上平面放置一直角三角形尺11，百分表9测量头触及直角三角形尺11的竖直侧面13。旋转第四轴4以及调整直角尺的摆放角度，使百分表9在转动过程中读数无变化。记录此时的三轴3位置θ2。则设定第三轴3的零点位置为：从位置θ2开始，顺时针转过90°

计算出θ1与θ2的角度差的绝对值：Δθ＝|θ1-θ2|，根据L_水平/L_竖直＝ctgΔθ，可以计算出三轴3水平方向的长度L_水平＝L_竖直×ctgΔθ，L_竖直为图2所述状态下三轴回转中心与五轴回转中心的高度差。

4、五轴4的零点标定：

在标定完第二轴2、第三轴3、第四轴4后，将第三轴3、第四轴4调整到零点位置。百分表9固定在机械手末端，六轴6的端面调整到与第一基准面12目测平行的状态，百分表9测量头触及基准面。旋转第六轴6，观察百分表9的读数。调整第五轴4的角度，使百分表9读数在旋转第六轴6的过程中无变化。此时第六轴6的旋转轴线与第一基准面12以及第三轴3轴线垂直，记录此时的五轴4电机位置，从此位置旋转90°作为第五轴4零点。

1、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。

2、测试过程简便，数据处理简单易行。

3、标定精度可达到激光跟踪仪同等的精度等级。

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 (7)

1.六轴串联机器人机械参数的标定方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)、二轴零点标定：

第一基准面的调整：旋转机械手的第一轴，通过机械手末端安装的百分表的测量头划过平台的顶面，此过程中调整平台位置使百分表的读数在划动过程中没有变化，平台的顶面作为第一基准面；

二轴水平角度标定：通过高度尺检测二轴和三轴旋转轴线的轴承内圈的下母线到平台上平面的高度，结合实测的内圈直径，计算出两轴线的高度；调整二轴的角度，使两轴线高度一致；记录此时二轴电机的位置，从此位置向上旋转90°设置为二轴的零点位置；

2)四轴零点标定：

第二基准面的调整：在平台上放置一直角三角形尺，通过机械手末端安装的百分表的测量头划过直角三角形尺的竖直侧面，单独转动三轴，调整三角尺的摆放位置，使在三轴摆动的过程中百分表读数无变化，直角三角形尺的竖直侧面作为第二基准面；

四轴零点角度标定：保持百分表测量头触及调整好的第二基准面，转动第五轴，观察百分表读数至读数不再发生变化；记录此时第四轴电机的位置，即为第四轴的零点位置；

3)三轴零点标定：在第二轴和第四轴同时处于零点位置的状态下，按照标定第二轴的步骤进行第三轴的标定；调整三轴角度，使三轴旋转轴线与五轴旋转轴线处于同一高度，记录此时的三轴电机位置，记为θ1；

测完θ1后保持二轴不动，三轴向上抬起一定角度；第一基准面放置直角三角形尺，通过机械手末端安装的百分表的测量头触及直角三角形尺的竖直侧面；旋转第四轴以及调整直角三角形尺的摆放角度，使百分表在转动过程中读数无变化；记录此时的三轴位置θ2；则设定第三轴的零点位置为：从位置θ2开始，顺时针转过90°；通过θ1和θ2计算三轴水平方向的长度；

4)五轴的零点标定：

将三轴、四轴调整到零点位置；通过机械手末端安装的百分表的测量头划过第一基准面，旋转第六轴，观察百分表的读数并使百分表读数在旋转第六轴的过程中无变化；记录此时的五轴电机位置，从此位置旋转90°作为第五轴零点。

2.根据权利要求1所述的六轴串联机器人机械参数的标定方法，其特征在于，二轴水平角度标定：在二轴零点位置基础上旋转二轴到其某个方向的限位，记录此时的电机角度；将此数据作为零点丢失后重新找回零点的依据。

3.根据权利要求1所述的六轴串联机器人机械参数的标定方法，其特征在于，四轴零点角度标定：如果百分表在划过第二基准面的过程中读数有变化，则将第四轴相应的调整一定角度，然后再次转动第五轴，观察百分表读数；重复以上步骤，直至百分表读数不再有变化。

4.根据权利要求3所述的六轴串联机器人机械参数的标定方法，其特征在于，百分表读数不再有变化，此时第五轴的旋转轴线与第三轴的旋转轴的轴线平行；旋转第四轴至限位，记录电机此时与零点位置的位置差，作为回零的参考。

5.根据权利要求1所述的六轴串联机器人机械参数的标定方法，其特征在于，三轴零点标定：计算出θ1与θ2的角度差：Δθ＝|θ1-θ2|；根据L_水平/L_竖直＝ctgΔθ计算出三轴水平方向的长度L_水平＝L_竖直×ctgΔθ，L_竖直为三轴位置在θ2状态下，三轴回转中心与五轴回转中心的高度差。

6.根据权利要求1所述的六轴串联机器人机械参数的标定方法，其特征在于，五轴的零点标定：通过机械手末端安装的百分表的测量头划过第一基准面，旋转第六轴，观察百分表的读数；调整第五轴的角度，使百分表读数在旋转第六轴的过程中无变化。

7.根据权利要求1所述的六轴串联机器人机械参数的标定方法，其特征在于，五轴的零点标定：百分表读数在旋转第六轴的过程中无变化，此时第六轴的旋转轴线与第一基准面以及第三轴的旋转轴线垂直，记录此时的五轴电机位置，从此位置旋转90°作为第五轴零点位置。

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