專利名稱：機(jī)器人關(guān)節(jié)初始位置精確定位方法及裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種機(jī)器人關(guān)節(jié)初始位置精確定位方法，以及實(shí)現(xiàn)該方法的裝置。
背景技術(shù)：
機(jī)器人一般由多個(gè)關(guān)節(jié)通過組合實(shí)現(xiàn)各種運(yùn)動(dòng)功能，其初始位置是指機(jī)器人工作 或運(yùn)動(dòng)前各運(yùn)動(dòng)關(guān)節(jié)的初始位置，機(jī)器人所有運(yùn)動(dòng)都是相對(duì)于該初始位置，因此，初始位置 的確定是機(jī)器人工作或運(yùn)動(dòng)的一個(gè)前提條件，所以，在機(jī)器人正常工作之前，必須采用一定 的方法來精確確定其初始位置。現(xiàn)有技術(shù)中，機(jī)器人關(guān)節(jié)初始位置定位方法常見的有三種(1)利用絕對(duì)式編碼器確定。絕對(duì)式編碼器一般安裝在機(jī)器人關(guān)節(jié)處，對(duì)于每一個(gè) 角度編碼器會(huì)產(chǎn)生唯一的輸出量，這樣可以根據(jù)其輸出數(shù)據(jù)信息來獲取機(jī)器人關(guān)節(jié)的絕對(duì) 位置。這種方法精度高，易操作，但是絕對(duì)式編碼器一般體積較大，價(jià)格昂貴，其輸出信號(hào)復(fù) 雜，接線多，會(huì)使機(jī)構(gòu)復(fù)雜化，同時(shí)還需用復(fù)雜的接口電路才能實(shí)現(xiàn)對(duì)其輸出數(shù)據(jù)信息的讀 取。(2)采用機(jī)械限位傳感器確定。當(dāng)關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)到預(yù)定初始位置的時(shí)候觸發(fā)限位開關(guān)， 由此信號(hào)來確定初始零位。這種方法原理簡(jiǎn)單，但是定位精度最差，而且自動(dòng)化程度不高， 初始位置會(huì)受到不確定因素的影響而不唯一。(3)利用霍爾傳感器或光電傳感器來確定，在機(jī)器人關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)范圍內(nèi)按照一定規(guī) 律布置兩個(gè)以上的上述傳感器，這些傳感器的位置經(jīng)過測(cè)量并記錄在機(jī)器人控制系統(tǒng)中， 機(jī)器人上電時(shí)，首先驅(qū)動(dòng)關(guān)節(jié)按照一定方向旋轉(zhuǎn)，當(dāng)關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)至上述傳感器位置時(shí)，讀取存 儲(chǔ)在機(jī)器人控制系統(tǒng)中的該開關(guān)對(duì)應(yīng)的關(guān)節(jié)位置值，這樣可以確定該關(guān)節(jié)的初始位置。此 方法定位精度較高，但是必須用到多個(gè)傳感器，否則無法判斷電機(jī)最初轉(zhuǎn)動(dòng)方向，會(huì)導(dǎo)致電 機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)方向相反而無法找到準(zhǔn)確的位置傳感器；為了增加可靠性一般要在兩個(gè)極限位置設(shè) 置傳感器，增加了系統(tǒng)的復(fù)雜性；同時(shí)，如果不針對(duì)傳感器的回差進(jìn)行補(bǔ)償，將無法消除傳 感器回差的影響，降低零位的定位精度。

發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中的上述技術(shù)問題，本發(fā)明的目的在于提供一種低成本、易安裝、定 位精度高的機(jī)器人關(guān)節(jié)初始定位方法。本發(fā)明通過如下的技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)。一種機(jī)器人關(guān)節(jié)初始定位方法，包括以下步驟(1)機(jī)器人在上電工作時(shí)，中央控制系統(tǒng)向各個(gè)關(guān)節(jié)控制器發(fā)出找零指令；(2)各個(gè)關(guān)節(jié)控制器判斷行程開關(guān)的閉合或釋放狀態(tài)，以確定關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)方向；(3)根據(jù)確定的關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)方向，各個(gè)關(guān)節(jié)開始慢速旋轉(zhuǎn)尋找事先確定的霍爾目標(biāo) 信號(hào)；(4)找到目標(biāo)霍爾信號(hào)后，開始捕捉電 軸Z脈沖信號(hào)；
(5)捕捉到Z脈沖信號(hào)的同時(shí)，關(guān)節(jié)停止轉(zhuǎn)動(dòng)，此時(shí)的位置是唯一的，記錄當(dāng)前位 置，從而確定機(jī)器人的初始位置。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了機(jī)器人初始位置精確定位的自動(dòng)化，具有成本低、 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、操作容易、精度高的優(yōu)點(diǎn)。


圖la、lb、lc是本發(fā)明的定位方法結(jié)構(gòu)示意圖，圖2是本發(fā)明定位方法的定位流程圖。其中各附圖標(biāo)記含義如下1-相對(duì)固定關(guān)節(jié)，2-行程開關(guān)，3-行程擋片，4-轉(zhuǎn)動(dòng)電機(jī)組件(增量式編碼器、電 機(jī)、減速機(jī))，5-轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)節(jié)，6-磁珠，7-霍爾傳感器，8-行程開關(guān)釋放位置，9-行程開關(guān)閉合 位置。
具體實(shí)施例方式圖Ia-Ic為定位結(jié)構(gòu)示意圖，1為相對(duì)固定關(guān)節(jié)，5為轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)節(jié)，當(dāng)磁珠6 (固定于 旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)5上)與霍爾傳感器7 (固定于相對(duì)固定關(guān)節(jié)1上)重合時(shí)會(huì)捕捉到霍爾信號(hào)和 電機(jī)Z脈沖信號(hào)，這一個(gè)唯一位置就是關(guān)節(jié)的初始零位置。由于霍爾傳感器在上電前相對(duì) 于旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)所處的初始位置是隨機(jī)的，共有三個(gè)位置，圖l_(a)為磁珠6左側(cè)，圖l-(b)為 零位位置，圖I-(C)為磁珠6右側(cè)，因此，在關(guān)節(jié)找零位時(shí)，旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)可能會(huì)沿著逆時(shí)針(圖 l-(a))或者順時(shí)針(圖I-(C))兩個(gè)不同方向旋轉(zhuǎn)，所以在執(zhí)行零位尋找，關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)前必須 明確磁珠6與霍爾傳感器7的相對(duì)位置，以便確定旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)的旋轉(zhuǎn)方向，為此，加一行程開 關(guān)2和行程擋片3 (兩者可以根據(jù)零位位置任意位置安裝)來實(shí)現(xiàn)旋轉(zhuǎn)方向的確定，例如圖la，行程擋片3壓下行程開關(guān)2，使其處于閉合狀態(tài)，如果外部接一狀態(tài)檢測(cè)電 路，其閉合狀態(tài)會(huì)被檢測(cè)到并送至旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)5運(yùn)動(dòng)控制器，經(jīng)過相應(yīng)處理，此時(shí)，旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)5 會(huì)逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)，以便能夠保證磁珠6與霍爾傳感器7的位置重合而找到準(zhǔn)確的零位；圖lc，行程擋片3沒有壓下行程開關(guān)2，使其處于釋放狀態(tài)，其釋放狀態(tài)會(huì)被檢測(cè) 到并送至旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)5運(yùn)動(dòng)控制器，經(jīng)過相應(yīng)處理，此時(shí)，旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)5會(huì)順時(shí)針旋轉(zhuǎn)，以便能夠 保證磁珠6與霍爾傳感器7的位置重合而找到準(zhǔn)確的零位；圖lb，行程擋片3沒有壓下行程開關(guān)2，使其處于釋放狀態(tài)，但此時(shí)恰好處于零位 位置，其閉合狀態(tài)會(huì)被檢測(cè)到并送至旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)5運(yùn)動(dòng)控制器，如果按照其釋放狀態(tài)經(jīng)過圖 1-(c)的相應(yīng)處理，此時(shí)，旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)5會(huì)順時(shí)針旋轉(zhuǎn)，反而離開零位位置而無法保證找到零 位位置，同時(shí)考慮到行程開關(guān)2從沿著順時(shí)針或者逆時(shí)針兩個(gè)不同方向所引起的狀態(tài)變換 位置會(huì)不一致，存在一定的偏差，如圖1所示，當(dāng)旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)5順時(shí)針旋轉(zhuǎn)時(shí)，位置9為行程開 關(guān)2的閉合位置，在位置9的右側(cè)都為釋放狀態(tài)，而當(dāng)旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)5逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)時(shí)，位置8為 行程開關(guān)2的釋放位置，在位置8的左側(cè)都為閉合狀態(tài)，綜上述，位置8與位置9之間的行 程開關(guān)2狀態(tài)將與轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)節(jié)5的旋轉(zhuǎn)方向有關(guān)，因此，當(dāng)行程開關(guān)的初始位置恰好處于兩個(gè) 方向的行程開關(guān)狀態(tài)切換位置內(nèi)時(shí)，行程開關(guān)狀態(tài)不確定，以此作為旋轉(zhuǎn)方向的確定依據(jù) 會(huì)造成旋轉(zhuǎn)方向的誤判，而無法找到準(zhǔn)確的零位。為了防止上述情況，霍爾傳感器7的安裝位置離開這一切換范圍一定角度，如圖1
4所示，安裝在位置8與位置9的右側(cè)，在離切換位置一定角度安裝一唯一的目標(biāo)霍爾傳感器 7作為零位點(diǎn)，以保證找到機(jī)器人關(guān)節(jié)零位時(shí)，行程開關(guān)處于釋放狀態(tài)；這樣，可以采用同 樣的處理方法，當(dāng)檢測(cè)到行程開關(guān)2的狀態(tài)為閉合時(shí)，旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)5逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)，在行程開關(guān) 2的狀態(tài)在位置8發(fā)生變化，改變?yōu)獒尫艩顟B(tài)后，繼續(xù)旋轉(zhuǎn)直至找到目標(biāo)霍爾信號(hào)和電機(jī)Z 脈沖信號(hào)；當(dāng)檢測(cè)到行程開關(guān)2的狀態(tài)為釋放時(shí)，無論其處于位置8與位置9之間，還是在 位置9右側(cè)，旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)5都順時(shí)針旋轉(zhuǎn)，在行程開關(guān)2的狀態(tài)在位置9發(fā)生變化，改變?yōu)殚] 合狀態(tài)后，旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)5開始逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)，在行程開關(guān)2的狀態(tài)在位置8發(fā)生變化，改變?yōu)獒?放狀態(tài)后，繼續(xù)旋轉(zhuǎn)直至找到目標(biāo)霍爾信號(hào)和電機(jī)Z脈沖信號(hào)。圖2為精確尋找零位的具體步驟系統(tǒng)上電后，中央控制器發(fā)出找零命令，各關(guān)節(jié)控制器首先判斷各行程開關(guān)是否 處于為閉合狀態(tài)，(1)如果為閉合狀態(tài)，旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)逆時(shí)針慢速旋轉(zhuǎn)，開始尋找目標(biāo)霍爾信號(hào)，找到目 標(biāo)霍爾信號(hào)后，開始捕捉電機(jī)軸Z脈沖信號(hào)；捕捉到Z脈沖信號(hào)的同時(shí)，關(guān)節(jié)停止轉(zhuǎn)動(dòng)，此時(shí) 的位置是唯一的，記錄當(dāng)前位置，從而確定機(jī)器人的初始位置。(2)如果為釋放狀態(tài)，那么旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)順時(shí)針慢速旋轉(zhuǎn)，直至狀態(tài)檢測(cè)電路檢測(cè)到行 程開關(guān)處于閉合狀態(tài)后，旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)改變旋轉(zhuǎn)方向，開始逆時(shí)針慢速旋轉(zhuǎn)，其后步驟同(1)。因此，無論最初行程開關(guān)2的狀態(tài)如何，最終旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)5都是按照逆時(shí)針一個(gè)方向 旋轉(zhuǎn)去尋找零位，避免了傳感器雙向檢測(cè)的回差，大大提高了其定位精度。以上所述的實(shí)施例，只是本發(fā)明較優(yōu)選的具體實(shí)施方式
的一種，本領(lǐng)域的技術(shù)人 員在本發(fā)明技術(shù)方案范圍內(nèi)進(jìn)行的通常變化和替換都應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
一種機(jī)器人關(guān)節(jié)初始定位方法，包括以下步驟(1)機(jī)器人在上電工作時(shí)，中央控制系統(tǒng)向各個(gè)關(guān)節(jié)控制器發(fā)出找零指令；(2)各個(gè)關(guān)節(jié)控制器判斷行程開關(guān)的閉合或釋放狀態(tài)，以確定關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)方向；(3)根據(jù)確定的關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)方向，各個(gè)關(guān)節(jié)開始慢速旋轉(zhuǎn)尋找事先確定的霍爾目標(biāo)信號(hào)；(4)找到目標(biāo)霍爾信號(hào)后，開始捕捉電機(jī)軸Z脈沖信號(hào)；(5)捕捉到Z脈沖信號(hào)的同時(shí)，關(guān)節(jié)停止轉(zhuǎn)動(dòng)，此時(shí)的位置是唯一的，記錄當(dāng)前位置，從而確定機(jī)器人的初始位置。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述關(guān)節(jié)控制器通過狀態(tài)檢測(cè)電路判斷 行程開關(guān)的閉合或釋放狀態(tài)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)過程中具有第一位置和 第二位置，并且所述關(guān)節(jié)順時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)經(jīng)過所述第一位置時(shí)，所述行程開關(guān)切換為閉合狀態(tài)； 所述關(guān)節(jié)逆時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)經(jīng)過所述第二位置時(shí)，所述行程開關(guān)切換為釋放狀態(tài)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，若步驟(2)中判斷行程開關(guān)處于閉合狀態(tài)，則所述關(guān)節(jié)逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)； 若步驟(2)中判斷行程開關(guān)處于釋放狀態(tài)，則所述關(guān)節(jié)順時(shí)針旋轉(zhuǎn)，在行程開關(guān)切換 為閉合狀態(tài)之后，再開始逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)。
5.一種具有關(guān)節(jié)裝置的機(jī)器人，其特征在于，所述機(jī)器人的關(guān)節(jié)裝置根據(jù)如權(quán)利要求 1-4之一所述的方法進(jìn)行初始定位。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種機(jī)器人關(guān)節(jié)初始位置精確定位方法及裝置，按照如下步驟進(jìn)行操作機(jī)器人在上電工作時(shí)，中央控制系統(tǒng)向各個(gè)關(guān)節(jié)控制器發(fā)出找零指令；各個(gè)關(guān)節(jié)控制器判斷行程開關(guān)的閉合或釋放狀態(tài)，以確定關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)方向；根據(jù)確定的關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)方向，各個(gè)關(guān)節(jié)開始慢速旋轉(zhuǎn)尋找事先確定的霍爾目標(biāo)信號(hào)；找到目標(biāo)霍爾信號(hào)后，開始捕捉電機(jī)軸Z脈沖信號(hào)；捕捉到Z脈沖信號(hào)的同時(shí)，關(guān)節(jié)停止轉(zhuǎn)動(dòng)，此時(shí)的位置是唯一的，記錄當(dāng)前位置，從而確定機(jī)器人的初始位置。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了機(jī)器人初始位置精確定位的自動(dòng)化，具有成本低、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、操作容易、精度高的優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號(hào)B25J9/10GK101973035SQ201010540519
公開日2011年2月16日 申請(qǐng)日期2010年11月11日 優(yōu)先權(quán)日2010年11月11日
發(fā)明者段星光, 王興濤, 趙洪華, 邊桂彬, 黃強(qiáng) 申請(qǐng)人:北京理工大學(xué)