机器人的设备零位的误差校正装置及其设备零位校正方法与流程

本发明涉及自动化技术，特别涉及一种机器人的设备零位的误差校正装置及其设备零位校正方法。

背景技术：

工业机器人是面向工业领域的多关节机械手或多自由度的机器装置，它能自动执行工作，是靠自身动力和控制能力来实现各种功能的一种机器。工业机器人由主体、驱动系统和控制系统三个基本部分组成。主体即机座和执行机构，包括臂部、腕部和手部，有的机器人还有行走机构。大多数工业机器人有3～6个运动自由度，其中腕部通常有1～3个运动自由度；驱动系统包括动力装置和传动机构，用以使执行机构产生相应的动作；控制系统是按照输入的程序对驱动系统和执行机构发出指令信号，并进行控制。

小型装配机器人，是指最大有效载荷可达20kg(44磅)、最远处理距离可达1300mm(51英寸)的机器人。这类机器人有两种基本类型：四轴SCARA机器人(以下简称四轴机器人)和六轴关节式机器人(以下简称六轴机器人)。其中，四轴机器人是特别为高速取放作业而设计的，而六轴机器人则提供了更高的生产运动灵活性。

四轴SCARA(Selective Compliance Assembly Robot Arm，选择性装配关节机器臂)型机器人，是指四轴机器人的手臂部分可以在一个几何平面内自由移动。SCARA机器人的前两个关节可以在水平面上左右自由旋转。第三个关节由一个称为羽毛(quill)的金属杆和夹持器组成。该金属杆可以在垂直平面内向上和向下移动或围绕其垂直轴旋转，但不能倾斜。这种独特的设计使四轴机器人具有很强的刚性，从而使它们能够胜任高速和高重复性的工作。

六轴机器人比四轴机器人多两个关节，因此有更多的“行动自由度”。六轴机器人的第一个关节能像四轴机器人一样在水平面自由旋转，后两个关节能在垂直平面移动。此外，六轴机器人有一个“手臂”，两个“腕”关节，这让它具有人类的手臂和手腕类似的能力。六轴机器人更多的关节意味着他们可以拿起水平面上任意朝向的部件，以特殊的角度放入包装产品里。他们还可以执行许多由熟练工人才能完成的操作。六轴机器人在我国工业自动化应用比较普遍，特别是应用在自动化装配方面尤为广泛。它具有效力高、精度高、一致性好等特点，深受大家的喜爱。

我们在正常使用中，往往会发觉：当生产产品类型较多或机器人出了故障维修过后(如碰撞、拆装机器人等因素)，机器人的工作相对位置就会发生微量的偏移，如是工作精度较高的就没法生产，必须靠人工逐个逐步的进行修改工作程序，直到满足工作的相对位置精度位置，同时还要牵涉到其他产品的工作情况，费时费工，质量没法保证。现有机器人虽然已经有了一个自动校对修正装置，但该自动校对修正装置采用的是点的检查校正修正，还满足不了机器人抓手偏移的精度要求。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题是，能校正机器人的手臂的空间姿态位置的误差，恢复机器人手臂原始的空间状态。

为解决上述技术问题，本发明提供的机器人的设备零位的误差校正装置，其包括一校正芯棒、至少一个光传感器，以及设备校验单元；

所述校正芯棒，上端装配到机器人的手臂上并位于机器人工作范围内；

所述机器人工作范围内，设置有一个空间坐标系；

所述校正芯棒，在轴线方向上设置有上端检测点、下端检测点；

所述校正芯棒，上部设置有一圆环面；所述圆环面，位于上端检测点及下端检测点上方；所述圆环面，设置有一缺口；

所述光传感器，用于检测校正芯棒移动到初始位置时，校正芯棒的上端检测点及下端检测点在所述空间坐标系中的当前X轴及Y轴坐标，校正芯棒的圆环面在所述空间坐标系中的当前Z轴坐标，校正芯棒的圆环面缺口在所述空间坐标系中对应的当前旋转角度。

所述设备校验单元，用于根据校正芯棒的上端检测点及下端检测点的当前X轴及Y轴坐标、圆环面的当前Z轴坐标、圆环面缺口对应的当前旋转角度，同所述空间坐标系中设备零位无误差时校正芯棒的上端检测点及下端检测点的初始X轴及Y轴坐标、圆环面的初始Z轴坐标、圆环面缺口的初始旋转角度之间的差值，对所述机器人的生产产品程序的相对坐标进行校正。

较佳的，所述机器人的手臂上带有切换工装的离合器，

所述机器人的手臂，通过所述离合器吸合所述校正芯棒并带动正芯棒移动。

较佳的，所述误差校正装置，包括第一激光传感器、第二激光传感器、第三激光传感器三个光传感器；

第一激光传感器，用于检测校正芯棒的上端检测点及下端检测点的X轴及Y轴坐标；

第二激光传感器，用于检测校正芯棒的圆环面的Z轴坐标；

第三激光传感器，用于检测校正芯棒的圆环面缺口对应的旋转角度。

较佳的，所述离合器，能够自动切换工装；

所述机器人为六轴机器人或四轴机器人。

较佳的，所述第一激光传感器，为十字对射式激光传感器。

为解决上述技术问题，本发明提供的上述的机器人的设备零位的误差校正装置进行设备零位校正的方法，包括以下步骤：

一.所述设备校验单元控制机器人手臂上的离合器，吸取校正芯棒，移动到初始位置；

二、所述光传感器检测校正芯棒的上端检测点及下端检测点的当前X轴及Y轴坐标，检测校正芯棒的圆环面的当前Z轴坐标，检测校正芯棒的圆环面缺口的当前旋转角度；

三.所述设备校验单元，根据校正芯棒的上端检测点及下端检测点的当前X轴及Y轴坐标确定的校正芯棒当前中心线同设备零位无误差时校正芯棒的下端点及上端点的初始X轴及Y轴坐标确定的初始中心线之间的误差，对所述机器人的生产产品程序的中心线相对坐标进行校正；

根据校正芯棒的圆环面的当前Z轴坐标同所述初始Z轴坐标之间的误差，对所述机器人的生产产品程序的Z轴相对坐标进行校正；

根据圆环面缺口的当前旋转角度同所述初始旋转角度之间的误差，对所述机器人的生产产品程序的Z轴转动角度相对坐标进行校正。

较佳的，所述机器人的生产产品程序，采用相对坐标的编程方法，生产产品程序的初始原点采用空间坐标系中设备零位无误差时校正芯棒的上端检测点及下端检测点的初始X轴及Y轴坐标确定的初始中心线、圆环面的初始Z轴坐标、圆环面缺口的初始旋转角度。

较佳的，设备零位无误差时，装配在所述机器人的手臂上的离合器上的校正芯棒位于初始位置时，下端检测点对应于所述空间坐标系的下端点初始X轴及Y轴坐标，上端检测点对应于所述空间坐标系的上端点初始X轴及Y轴坐标，圆环面缺口对应于空间坐标系的初始旋转角度，圆环面对应于空间坐标系的初始Z轴坐标。

较佳的，所述误差校正装置，包括第一激光传感器、第二激光传感器、第三激光传感器三个光传感器；

第一激光传感器，用于检测校正芯棒的上端检测点及下端检测点的X轴及Y轴坐标；

第二激光传感器，用于检测校正芯棒的圆环面的Z轴坐标；

第三激光传感器，用于检测校正芯棒的圆环面缺口对应的旋转角度；

所述设备校验单元，控制机器人手臂上的离合器，吸取校正芯棒，移动到初始位置，利用第一激光传感器检测校正芯棒的上端检测点及下端检测点的当前X轴及Y轴坐标；利用第二激光传感器检测校正芯棒的圆环面的当前Z轴坐标；利用第三激光传感器检测芯棒的圆环面缺口的当前旋转角度。

较佳的，所述离合器，能够自动切换工装；

所述机器人为六轴机器人或四轴机器人；

所述第一激光传感器，为十字对射式激光传感器。

本发明的机器人的设备零位的误差校正装置，通过光传感器检测校正芯棒移动到初始位置时校正芯棒的上端检测点及下端检测点的当前X轴及Y轴坐标、校正芯棒的圆环面的当前Z轴坐标、校正芯棒的圆环面缺口的对应的当前旋转角度，能校正机器人的手臂的空间姿态位置的误差，来恢复机器人手臂原始的空间状态。

附图说明

为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面对本发明所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明的机器人的设备零位的误差校正装置的校正芯棒示意图；

图2是本发明的机器人的设备零位的误差校正装置一实施例的校正芯棒的上端检测点及下端检测点的当前X轴及Y轴坐标、圆环面的当前Z轴坐标、圆环面缺口对应的当前旋转角度检测示意图。

具体实施方式

下面将结合附图，对本发明中的技术方案进行清楚、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的前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例一

机器人的设备零位的误差校正装置，其包括一校正芯棒、至少一个光传感器，以及 设备校验单元；

所述校正芯棒，上端装配到机器人的手臂上并位于机器人工作范围内；

所述机器人工作范围内，设置有一个空间坐标系；

所述校正芯棒1如图1所示，在轴线方向上设置有上端检测点11、下端检测点12；

所述校正芯棒1，上部设置有一圆环面13；

所述圆环面13，位于上端检测点11及下端检测点12上方；所述圆环面13，设置有一缺口131；

所述光传感器，用于检测校正芯棒移动到初始位置时，校正芯棒的上端检测点11及下端检测点12在所述空间坐标系中的当前X轴及Y轴坐标，校正芯棒1的圆环面13在所述空间坐标系中的当前Z轴坐标，校正芯棒的圆环面13缺口131在所述空间坐标系中对应的当前旋转角度。

所述设备校验单元，用于根据校正芯棒1的上端检测点11及下端检测点12的当前X轴及Y轴坐标、圆环面的当前Z轴坐标、圆环面缺口对应的当前旋转角度，同所述空间坐标系中设备零位无误差时校正芯棒的上端检测点及下端检测点的初始X轴及Y轴坐标、圆环面的初始Z轴坐标、圆环面缺口的初始旋转角度之间的差值，对所述机器人的生产产品程序的相对坐标进行校正。

实施例一的机器人的设备零位的误差校正装置，通过光传感器检测校正芯棒移动到初始位置时校正芯棒的上端检测点及下端检测点的当前X轴及Y轴坐标校正芯棒的圆环面的当前Z轴坐标、校正芯棒的圆环面缺口的对应的当前旋转角度，能校正机器人的手臂的空间姿态位置的误差，来恢复机器人手臂原始的空间状态。

实施例二

基于实施例一的机器人的设备零位的误差校正装置，所述机器人的手臂上带有切换工装的离合器，

所述机器人的手臂，通过所述离合器吸合所述校正芯棒并带动正芯棒移动。

较佳的，如图2所示，所述误差校正装置，包括第一激光传感器、第二激光传感器、第三激光传感器三个光传感器；

第一激光传感器，用于检测校正芯棒的上端检测点及下端检测点的X轴及Y轴坐标；

第二激光传感器，用于检测校正芯棒的圆环面的Z轴坐标；

第三激光传感器，用于检测校正芯棒的圆环面缺口对应的旋转角度。

较佳的，所述离合器，能够自动切换工装；

所述机器人为六轴机器人或四轴机器人。

较佳的，所述第一激光传感器，为十字对射式激光传感器。

实施例二的机器人的设备零位的误差校正装置，通过第一激光传感器、第二激光传感器、第三激光传感器分别检测校正芯棒移动到初始位置时校正芯棒的上端检测点及下端检测点的当前X轴及Y轴坐标、圆环面的当前Z轴坐标及圆环面缺口对应的当前旋转角度，结构简单，操作方便。

实施例三

基于实施例一的机器人的设备零位的误差校正装置进行设备零位校正的方法，包括以下步骤：

一.所述设备校验单元控制机器人手臂上的离合器，吸取校正芯棒，移动到初始位置；

二、所述光传感器检测校正芯棒的上端检测点及下端检测点的当前X轴及Y轴坐标，检测校正芯棒的圆环面的当前Z轴坐标，检测校正芯棒的圆环面缺口的当前旋转角度；

三.所述设备校验单元根据校正芯棒的上端检测点及下端检测点的当前X轴及Y轴坐标确定的校正芯棒当前中心线，同设备零位无误差时校正芯棒的下端点及上端点的初始X轴及Y轴坐标确定的初始中心线之间误差，对所述机器人的生产产品程序的中心线相对坐标进行校正；

根据校正芯棒的圆环面的当前Z轴坐标同所述初始Z轴坐标之间的误差，对所述机器人的生产产品程序的Z轴相对坐标进行校正；

根据圆环面缺口的当前旋转角度同所述初始旋转角度之间的误差，对所述机器人的生产产品程序的Z轴转动角度相对坐标进行校正。

所述机器人的生产产品程序，采用相对坐标的编程方法，生产产品程序的初始原点采用空间坐标系中设备零位无误差时校正芯棒的上端检测点及下端检测点的初始X轴及Y轴坐标确定的初始中心线、圆环面的初始Z轴坐标、圆环面缺口的初始旋转角度。

设备零位无误差时，装配在所述机器人的手臂上的离合器上的校正芯棒位于初始位置时，下端检测点对应于所述空间坐标系的下端点初始X轴及Y轴坐标，上端检测点对应于所述空间坐标系的上端点初始X轴及Y轴坐标，圆环面缺口对应于空间坐标系的初始旋转角度，圆环面对应于空间坐标系的初始Z轴坐标。

实施例三的设备零位校正的方法，在机器人的工作范围内设计一个校正坐标系，机器人的生产产品程序采用相对坐标的编程方法，机器人通过检测校正芯棒移动到初始位置时校正芯棒的上端检测点及下端检测点的当前X轴及Y轴坐标、校正芯棒的圆环面的 当前Z轴坐标、校正芯棒的圆环面缺口的对应的当前旋转角度，并根据上端检测点及下端检测点的当前X轴及Y轴坐标、圆环面的当前Z轴坐标、圆环面缺口对应的当前旋转角度同设备零位无误差时的校正芯棒的上端检测点及下端检测点的初始X轴及Y轴坐标、圆环面的初始Z轴坐标、圆环面缺口的初始旋转角度之间的差值，来校对校正芯棒空间姿态位置的误差，自动进行误差修正，用这样自动检测、校正、修正的方法，来恢复机器人手臂原始的空间状态。

实施例三的设备零位校正的方法，是一个空间相对位置偏移校正和修正的过程。当设备维修好后或产品转型后，机器人自动先利用空间检测的方法，测定机器人的手臂的实际位置和机器人设备零位进行比较，如有误差机器人自动修正误差，这样大大减轻了人工校对的工作量，确保了产品的质量。

实施例三的设备零位校正的方法，碰到同样的故障类型，设备要恢复生产，机器人能很快自动检测、校正，能完全恢复到手臂原来理想的空间状态，不但减少了人工干预的时间，同时也保证了自动线的生产质量。

实施例四

基于实施例三的设备零位校正的方法，所述误差校正装置，包括第一激光传感器、第二激光传感器、第三激光传感器三个光传感器；

第一激光传感器，用于检测校正芯棒的上端检测点及下端检测点的X轴及Y轴坐标；

第二激光传感器，用于检测校正芯棒的圆环面的Z轴坐标；

第三激光传感器，用于检测校正芯棒的圆环面缺口对应的旋转角度；

所述设备校验单元，控制机器人手臂上的离合器，吸取校正芯棒，移动到初始位置，利用第一激光传感器检测校正芯棒的上端检测点及下端检测点的当前X轴及Y轴坐标；利用第二激光传感器检测校正芯棒的圆环面的当前Z轴坐标；利用第三激光传感器检测芯棒的圆环面缺口的当前旋转角度。

实施例四的设备零位校正的方法，通过激光传感器检测校正芯棒移动到初始位置时校正芯棒的上端检测点及下端检测点的当前X轴及Y轴坐标、圆环面的当前Z轴坐标及圆环面缺口对应的当前旋转角度，结构简单，操作方便。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明保护的范围之内。