一种机器人零点校准装置及校准方法

技术领域

本发明涉及一种机器人零点校准装置及校准方法，属于机器人领域。

背景技术

机器人广泛应用于打磨行业中，在机器人实际应用中，为了减少实际操作中的误差，在实际操作前，需要对机器人的零点进行校准，以保证机器人的工作精度。目前在对机器人的零点校准时通常是技术人员通过手动调节的方式进行校准，但手动进行校准机器人的零点效率低、准确性差，不能满足现代化生产的需求。

有鉴于此，在申请号为201510974828.1的专利文献中公开了机器人零点校准装置、机器人零点校准系统及校准方法，上述现有技术是通过传感腔体的内侧面的位置传感器矩阵检测定位块的位置并与校准数据进行比较，根据比较结果调节机器人，选取与校准数据差异最小的采集数据作为该机器人的零点校准数据。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中存在的上述不足，而提供一种结构设计合理的机器人零点校准装置及校准方法。

本发明解决上述问题所采用的技术方案是：该机器人零点校准装置，包括校准座，其结构特点在于：还包括X轴定位板、Y轴定位板、Z轴定位板、校准块和测试块，所述Y轴定位板设置在校准座上，所述X轴定位板和Z轴定位板均设置在Y轴定位板上，所述X轴定位板、Y轴定位板和Z轴定位板上至少设置有一个校准机构，所述校准块和测试块均与校准机构配合。通过设置校准块对各个校准机构进行校准，再通过测试块对机器人零点进行校准，校准精度高、更加准确。

进一步地，所述校准机构包括百分表，所述百分表设置在X轴定位板、Y轴定位板、Z轴定位板上，所述百分表的测量头与校准块、测试块配合。

进一步地，所述校准机构包括还安装块和安装螺丝，所述百分表的套筒与安装块和X轴定位板、Y轴定位板、Z轴定位板贯穿，所述安装块通过安装螺丝与X轴定位板、Y轴定位板、Z轴定位板固定。

进一步地，所述校准块呈U型结构设置。

进一步地，所述校准块上设置有校准槽，所述校准槽内设置有校准凸台，所述校准凸台与百分表的测量头接触。

进一步地，所述测试块上设置有X轴测试面、Y轴测试面、Z轴测试面，设置在X轴定位板、Y轴定位板、Z轴定位板上的校准机构中百分表的测量头分别与X轴测试面、Y轴测试面、Z轴测试面接触。

进一步地，所述校准座上设置有定位销。

进一步地，所述校准座安装在机器人的底座上，所述测试块安装在机器人的末端。

进一步地，所述X轴定位板上设置有一个校准机构，所述Y轴定位板上设置有三个校准机构，所述Z轴定位板上设置有两个校准机构。

进一步地，所述校准槽的端部为开口端，所述开口端与X轴定位板、Y轴定位板、Z轴定位板接触。

进一步地，本发明的另一个技术目的在于提供一种机器人零点校准装置的校准方法。

本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的。

一种机器人零点校准装置的校准方法，其特点在于：所述校准方法如下：将校准座通过定位销定位后安装在机器人的底座上，将测试块安装在机器人的末端，通过校准块分别对设置在X轴定位板、Y轴定位板、Z轴定位板上校准机构中百分表校准，机器人将测试块的X轴测试面、Y轴测试面、Z轴测试面分别与X轴定位板、Y轴定位板、Z轴定位板上校准机构中百分表的测量头接触；在通过校准块分别对X轴定位板、Y轴定位板、Z轴定位板上校准机构中百分表校准时，将开口端分别与X轴定位板、Y轴定位板、Z轴定位板接触，使得校准凸台与百分表的测量头接触，即可完成对百分表校准。

进一步地，本发明的再一个技术目的在于提供一种机器人零点校准装置的校准方法。

本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的。

一种机器人零点校准装置的校准方法，所述校准方法如下：机器人在出厂前需经过激光跟踪仪校准，会产生精准的零点，此时先把机器人运行到零点位置，记录下来机器人的1-6轴绝对值伺服电机的单圈编码器值，再记录下来特定姿态下机器人的1-6轴的关节位置；

其特点在于：将校准座通过定位销定位后安装在机器人的底座上，将测试块安装在机器人的末端，通过手持校准块贴近在X轴定位板、Y轴定位板、Z轴定位板上的百分表表针，目测使X轴定位板、Y轴定位板、Z轴定位板上的百分表表针进去2毫米，百分表全部手动清零，再将机器人切换到手动示教模式，进行操作前安全确认；

确认安全后通过示教器系统操作，切换到笛卡尔坐标系下，速率调整至10%目测使X轴测试面与X轴定位板的距离为5毫米左右，Y轴测试面与Y轴定位板的距离为5毫米左右，Z轴测试面与Z轴定位板的距离为5毫米左右，再把机器人速率调至1%，首先把X轴测试面慢慢靠近X轴定位板上的百分表表针，随时观看表针读数，由2毫米减至0.05毫米左右，其次把Y轴测试面慢慢靠近Y轴定位板上的百分表表针，随时观看表针读数，由2毫米减至0.05毫米左右，再次把Z轴测试面慢慢靠近Z轴定位板上的百分表表针，随时观看表针读数，由2毫米减至0.05毫米左右，最后再把速率降至0.01%，依次微调X轴定位板、Y轴定位板和Z轴定位板上的百分表至0.00毫米，此时把机器人坐标系切换到关节坐标系，从示教器位置界面，读取机器人位置，Axis1 -0.486度、Axis2 -21.731度、Axis3 -60.486度、Axis4 0.66度、Axis5-83.131度、Axis6 120.853度，读取绝对值伺服电机单圈编码器值，轴1数值为686040，轴2数值为7638526，轴3数值为636168，轴4数值为5350352，轴5数值为546108，轴6数值为278173；

此时先把机器人零点位置状态时的机器人的1-6轴绝对值伺服电机的单圈编码器值记录下来，再把特定姿态下机器人的1-6轴的关节位置记录下来；

当零点丢失各轴位置不准时，确认安全后通过示教器系统操作，切换到笛卡尔坐标系下，速率调整至10%目测使X轴测试面与X轴定位板的距离为5毫米左右，Y轴测试面与Y轴定位板的距离为5毫米左右，Z轴测试面与Z轴定位板的距离为5毫米左右，再把机器人速率调至1%，首先把X轴测试面慢慢靠近X轴定位板上的百分表表针，随时观看表针读数，由2毫米减至0.05毫米左右，其次把Y轴测试面慢慢靠近Y轴定位板上的百分表表针，随时观看表针读数，由2毫米减至0.05毫米左右，再次把Z轴测试面慢慢靠近Z轴定位板上的百分表表针，随时观看表针读数，由2毫米减至0.05毫米左右，最后再把速率降至0.01%，依次微调X轴定位板、Y轴定位板和Z轴定位板上的百分表至0.00毫米，此时把机器人轴1至轴6建立为原点，再新建一个程序YD，在程序里新建PTP点，把之前存档的机器人位置，Axis1 -0.486度、Axis2 -21.731度、Axis3 -60.486度、Axis4 0.66度、Axis5 -83.131度、Axis6 120.853度各轴取值反向输入进去，即Axis1 0.486度、Axis2 21.731度、Axis3 60.486度、Axis4 -0.66度、Axis5 83.131度、Axis6 -120.853度，把机器人运行到这个位置，各轴数据清零，最后查看机器人各轴的绝对值伺服电机的单圈编码器值，把速率调到最低，把各轴的单圈位置、手动示教运行到之前存档的位置，即轴1数值为686040，轴2数值为7638526，轴3数值为636168，轴4数值为5350352，轴5数值为546108，轴6数值为278173，此时再重新建立零点，该零点即为机器人出厂时的零点，此时完成机器人的零点校准。

相比现有技术，本发明具有以下优点：该机器人零点校准装置是先通过校准块对X轴定位板、Y轴定位板、Z轴定位板上的百分表的零点进行调节，再通过设置的机器人的末端的测试块与百分表的测量头接触实现对机器人的零点调节，该机器人零点校准装置相较于手动调节，调节精度高，更加准确。

附图说明

图1是本发明实施例的机器人零点校准装置（校准前）的立体结构示意图。

图2是本发明实施例的机器人零点校准装置（校准时）的立体结构示意图。

图3是本发明实施例的机器人零点校准装置（校准后）的立体结构示意图。

图4是本发明实施例的机器人零点校准装置的立体结构示意图。

图5是本发明实施例的机器人零点校准装置的使用状态结构示意图。

图中：校准机构1、校准座2、X轴定位板3、Y轴定位板4、Z轴定位板5、校准块6、测试块7、机器人8、

百分表11、安装块12、安装螺丝13、

定位销21、

校准槽61、校准凸台62、开口端63、

X轴测试面71、Y轴测试面72、Z轴测试面73。

具体实施方式

下面结合附图并通过实施例对本发明作进一步的详细说明，以下实施例是对本发明的解释而本发明并不局限于以下实施例。

实施例

参见图1至图5所示，须知，本说明书所附图式所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容能涵盖的范围内。同时，本说明书中若有引用如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”及“一”等的用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本发明可实施的范畴。

本实施例中的机器人零点校准装置，包括校准座2、X轴定位板3、Y轴定位板4、Z轴定位板5、校准块6和测试块7，校准座2上设置有定位销21，校准座2通过定位销21安装在机器人8的底座上，测试块7安装在机器人8的末端。

本实施例中的Y轴定位板4设置在校准座2上，X轴定位板3和Z轴定位板5均设置在Y轴定位板4上，X轴定位板3、Y轴定位板4和Z轴定位板5上至少设置有一个校准机构1，通常情况下X轴定位板3上设置有一个校准机构1，Y轴定位板4上设置有三个校准机构1，Z轴定位板5上设置有两个校准机构1，校准块6和测试块7均与校准机构1配合。

本实施例中的校准机构1包括百分表11、安装块12和安装螺丝13，百分表11设置在X轴定位板3、Y轴定位板4、Z轴定位板5上，百分表11的测量头与校准块6、测试块7配合，也就是说百分表11的套筒与安装块12和X轴定位板3、Y轴定位板4、Z轴定位板5贯穿，安装块12通过安装螺丝13与X轴定位板3、Y轴定位板4、Z轴定位板5固定。

本实施例中的校准块6呈U型结构设置，校准块6上设置有校准槽61，校准槽61内设置有校准凸台62，校准凸台62与百分表11的测量头接触，校准槽61的端部为开口端63，开口端63与X轴定位板3、Y轴定位板4、Z轴定位板5接触。

本实施例中的测试块7上设置有X轴测试面71、Y轴测试面72、Z轴测试面73，设置在X轴定位板3、Y轴定位板4、Z轴定位板5上的校准机构1中百分表11的测量头分别与X轴测试面71、Y轴测试面72、Z轴测试面73接触。

本实施例中的的机器人零点校准装置的校准方法，如下：将校准座2通过定位销21定位后安装在机器人8的底座上，将测试块7安装在机器人8的末端，通过校准块6分别对设置在X轴定位板3、Y轴定位板4、Z轴定位板5上校准机构1中百分表11校准，机器人8将测试块7的X轴测试面71、Y轴测试面72、Z轴测试面73分别与X轴定位板3、Y轴定位板4、Z轴定位板5上校准机构1中百分表11的测量头接触。

在通过校准块6分别对X轴定位板3、Y轴定位板4、Z轴定位板5上校准机构1中百分表11校准时，将开口端63分别与X轴定位板3、Y轴定位板4、Z轴定位板5接触，使得校准凸台62与百分表11的测量头接触，即可完成对百分表11校准。

机器人8存在固定姿态时产生电机编码器数值，保留1-6轴数据，在电机不产生位移时将数据反向导入驱动器，可以校回出厂时的零点。

具体的说，机器人8在出厂前需经过激光跟踪仪校准，会产生精准的零点，此时先把机器人8运行到零点位置，记录下来机器人8的1-6轴绝对值伺服电机的单圈编码器值，再记录下来特定姿态下机器人8的1-6轴的关节位置，所有记录内容按机器人8出厂编号存档、打印塑封，并将打印塑封内容保存移交。

具体是将校准座2通过定位销21定位后安装在机器人8的底座上，将测试块7安装在机器人8的末端，通过手持校准块6贴近在X轴定位板3、Y轴定位板4、Z轴定位板5上的百分表11表针，目测使X轴定位板3、Y轴定位板4、Z轴定位板5上的百分表11表针进去2毫米，百分表11全部手动清零，再将机器人8切换到手动示教模式，进行操作前安全确认：机器人8仅能由指定人员编程。

开始操作设定程序前，操作员必须检查机器人8和控制系统，确保没有潜在的危险、不规范情况，并且没有人在工作区内；如可能，示教操作应在工作区外进行控制，在工作区内操作前，操作员必须从外面确保所有所需的保护和安全措施到位并运作良好，特别是示教器端已进行调整（慢速、紧急制动、启动设备等）。

操作过程中，只有持有手持式示教器的操作员允许进入工作区，启动电机（驱动开启）必须在检查确定工作区内没有人存在后从机器人8范围外的位置上控制，相关机器状态指示显示出后，驱动开启操作完毕。

操作时，操作员必须与机器人8保持一定距离，以避免任何违规机器运动，并在一个安全位置，以避免被困在机器人8和结构部件（承重柱、屏障等）之间或实际机器人8可动部件之间的危险。

操作员应避免停留在一个位置，以免机器人8的某部分由于重力因素带动其向下运动，或向上或两侧活动（安装在斜面上时），某些情况下如需近距离目视检查，只有当一个完整的检测周期低速执行完毕后，操作员才能在工作区内按照正常作业速度检测程序设定周期，检测时应注意机器人8的运动方向。

操作员使用手持式示教器时应特别注意：这种情况下，虽然所有的硬件软件安全设施都已经激活，机器人8活动仍依赖操作员操控，一个新的程序首次运行时，机器人8可能以出乎意料的路径移动，程序步骤（例如：从流程的一点到另一点的移动步伐、步伐的错误记录，如果偏离连接程序中两步之间的路径则更改机器人位置）更改后，检测程序的时候可能产生操作员意料之外的动作。

所有情况下均应小心操作，时刻保持在机器人8动作范围之外，慢速度检测，确认安全后通过示教器系统操作，切换到笛卡尔坐标系下，速率调整至10%目测使X轴测试面71与X轴定位板3的距离为5毫米左右，Y轴测试面72与Y轴定位板4的距离为5毫米左右，Z轴测试面73与Z轴定位板5的距离为5毫米左右，再把机器人8速率调至1%，首先把X轴测试面71慢慢靠近X轴定位板3上的百分表11表针，随时观看表针读数，由2毫米减至0.05毫米左右，其次把Y轴测试面72慢慢靠近Y轴定位板4上的百分表11表针，随时观看表针读数，由2毫米减至0.05毫米左右，再次把Z轴测试面73慢慢靠近Z轴定位板5上的百分表11表针，随时观看表针读数，由2毫米减至0.05毫米左右，最后再把速率降至0.01%，依次微调X轴定位板3、Y轴定位板4和Z轴定位板5上的百分表11至0.00毫米，此时把机器人8坐标系切换到关节坐标系，从示教器位置界面，读取机器人8位置，Axis1 -0.486度、Axis2 -21.731度、Axis3 -60.486度、Axis4 0.66度、Axis5 -83.131度、Axis6 120.853度，读取绝对值伺服电机单圈编码器值，轴1数值为686040，轴2数值为7638526，轴3数值为636168，轴4数值为5350352，轴5数值为546108，轴6数值为278173。

这时先把机器人8零点位置状态时的机器人8的1-6轴绝对值伺服电机的单圈编码器值记录下来，再把特定姿态下机器人8的1-6轴的关节位置记录下来，所有记录内容，按照机器人出厂编号存档、打印塑封，并将打印塑封内容随机保存移交。

当零点丢失各轴位置不准时，同样方法，确认安全后通过示教器系统操作，切换到笛卡尔坐标系下，速率调整至10%目测使X轴测试面71与X轴定位板3的距离为5毫米左右，Y轴测试面72与Y轴定位板4的距离为5毫米左右，Z轴测试面73与Z轴定位板5的距离为5毫米左右，再把机器人8速率调至1%，首先把X轴测试面71慢慢靠近X轴定位板3上的百分表11表针，随时观看表针读数，由2毫米减至0.05毫米左右，其次把Y轴测试面72慢慢靠近Y轴定位板4上的百分表11表针，随时观看表针读数，由2毫米减至0.05毫米左右，再次把Z轴测试面73慢慢靠近Z轴定位板5上的百分表11表针，随时观看表针读数，由2毫米减至0.05毫米左右，最后再把速率降至0.01%，依次微调X轴定位板3、Y轴定位板4和Z轴定位板5上的百分表11至0.00毫米，此时把机器人8轴1至轴6建立为原点，再新建一个程序YD，在程序里新建PTP点，把之前存档的机器人位置，Axis1 -0.486度、Axis2 -21.731度、Axis3 -60.486度、Axis4 0.66度、Axis5 -83.131度、Axis6 120.853度各轴取值反向输入进去，即Axis10.486度、Axis2 21.731度、Axis3 60.486度、Axis4 -0.66度、Axis5 83.131度、Axis6 -120.853度，把机器人8运行到这个位置，各轴数据清零，最后查看机器人8各轴的绝对值伺服电机的单圈编码器值，把速率调到最低，把各轴的单圈位置、手动示教运行到之前存档的位置，即轴1数值为686040，轴2数值为7638526，轴3数值为636168，轴4数值为5350352，轴5数值为546108，轴6数值为278173，此时再重新建立零点，该零点即为机器人8出厂时的零点，此时完成机器人8的零点校准，激光跟踪仪标定过后的零点，采用该校准方法找回来的零点与FARO激光跟踪仪标定后的零点对比，各轴最大误差0.002度，重新找回零点后，根据GB/T12642-2013及ISO9823-1998标准进行重新测试，测试数据与出厂时测对比，几乎没有差别。

此外，需要说明的是，本说明书中所描述的具体实施例，其零、部件的形状、所取名称等可以不同，本说明书中所描述的以上内容仅仅是对本发明结构所作的举例说明。凡依据本发明专利构思所述的构造、特征及原理所做的等效变化或者简单变化，均包括于本发明专利的保护范围内。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，只要不偏离本发明的结构或者超越本权利要求书所定义的范围，均应属于本发明的保护范围。