机器人关节零点自动校准末端执行装置及其方法与流程

本发明涉及机器人自动化技术领域，特别涉及一种机器人关节零点自动校准末端执行装置及其方法。

背景技术：

目前，所有的机器人品牌，在机器人组装完成之后到出厂之前，需要对机器人的各个关节进行校准。然而，传统的校准方法比较麻烦且低效，传统的方法是通过一只千分尺逐一对各个关节轴进行零点校准。如图1所示，当顶针接触到V型槽的最低点时，记录下数据，并标记为零点，V型槽位于机器人关节处的圆周上。由于是通过人眼目测的方式记录数据难免会造成失误，难以保证绝对的可靠，且效率低下。即便是运用传感器式的千分尺，虽然能够自动记录V型槽最低点，但还是需要通过人工对各个关节轴安装卸载多次才能完成，依然不尽如人意。

技术实现要素：

为了克服上述缺陷，本发明提供了一种的机器人关节零点自动校准末端执行装置，及相对于传统的校准方法，能够提高校准精度及控制模型的精度，提高机器人的精度的器人关节零点自动校准方法。

本发明为了解决其技术问题所采用的技术方案是：一种机器人关节零点自动校准末端执行装置，包括安装在机器人本体上的机械抓手、 以及外部的定位球，所述机械抓手由3个相互正交垂直的激光距离传感器组成，所述3个激光距离传感器通过接触位于定位球的表面。

一种利用如权利要求1所述的装置进行校准的机器人关节零点自动校准方法，包括以下步骤：

1)两次旋转机器人本体上的第一轴一个角度α，并记录下抓手所测量到的外部定位球的球心坐标P₁、P₂和P₃；

2)画出P₁P₂和P₂P₃的垂直平分线，它们的交点就是机器人的第一轴的旋转中心位置P_x1；

3)同时，第一轴的轴向量Ax1可以通过向量叉积P₁P₂×P₂P₃的计算结果获得；

4)重复上述步骤，分别测得机器人本体的其他各个轴的轴向量Axi及其旋转中心坐标P_xi，获得各个旋转中心相互的距离之后，即获得了机器人各关节间的长度，同时，获得了各个轴向量，即获得了各个关节间的相对位置。而这些关节间长度和关节的相对位置就是机器人关节校准的数据，从而进行精确的校准。

本发明的有益效果是：本发明了一种新型的非接触式激光传感器抓手，用来进行机器人关节的自动校准，具有精度高，无损耗、长期性能稳定等特点；以及一种自动化的校准方法，直接对各个轴的位置和向量进行测量，避免了计算和模型误差，提高了机器人的控制精度，降低了机器人的加工精度和成本；

现在一般机器人关节轴的校准都需要耗费大量人力，本发明大大节省了劳动力，实现了校准的全自动化，提高了生产力。本发明还能提高机器人控制模型的精度，提高了机器人在实际使用过程中的绝对精度。

附图说明

图1为本现有的机器人各个关节校准方法示意图；

图2为本发明的装置结构示意图；

图3为本发明中外部定位球的球心坐标P的计算方法示意图；

图4为本发明的机器人各个关节校准方法示意图；

图中标示：1-机器人本体；2-机械抓手；3-定位球；4-激光距离传感器。

具体实施方式

为了加深对本发明的理解，下面将结合实施例和附图对本发明作进一步详述，该实施例仅用于解释本发明，并不构成对本发明保护范围的限定。

图2示出了本发明一种机器人关节零点自动校准末端执行装置的一种实施方式，包括安装在机器人本体1上的机械抓手2、以及外部的定位球3，所述机械抓手2由3个相互正交垂直的激光距离传感器4组成，其分别为激光距离传感器a、激光距离传感器b和激光距离传感器c，所述3个激光距离传感器4通过接触位于定位球3的表面。

如图4所示的进行校准的机器人关节零点自动校准方法，包括以下步骤：

1)两次旋转机器人本体上的第一轴一个角度α，并记录下抓手所测量到的外部定位球的球心坐标P₁、P₂和P₃；

如图3所示，球心坐标P_n(n＝1,2,3)，正视图中虚线三角形的3个顶点表示3个激光传感器投影到球面的测量点，由于球半径已知为 R，很容易求得这3个点的外接圆半径r和该圆到球心的距离d，以及球心位置Pc。

2)画出P₁P₂和P₂P₃的垂直平分线，它们的交点就是机器人的第一轴的旋转中心位置P_x1；

3)同时，第一轴的轴向量Ax1可以通过向量叉积P₁P₂×P₂P₃的计算结果获得；

4)重复上述步骤，分别测得机器人本体的其他各个轴的轴向量Axi及其旋转中心坐标P_xi，获得各个旋转中心相互的距离之后，即获得了机器人各关节间的长度，同时，获得了各个轴向量，即获得了各个关节间的相对位置。而这些关节间长度和关节的相对位置就是机器人关节校准的数据，从而进行精确的校准。