专利名称：机器人关节初始位置精确定位方法及装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种机器人关节初始位置精确定位方法，以及实现该方法的装置。
背景技术：
机器人一般由多个关节通过组合实现各种运动功能，其初始位置是指机器人工作 或运动前各运动关节的初始位置，机器人所有运动都是相对于该初始位置，因此，初始位置 的确定是机器人工作或运动的一个前提条件，所以，在机器人正常工作之前，必须采用一定 的方法来精确确定其初始位置。现有技术中，机器人关节初始位置定位方法常见的有三种(1)利用绝对式编码器确定。绝对式编码器一般安装在机器人关节处，对于每一个 角度编码器会产生唯一的输出量，这样可以根据其输出数据信息来获取机器人关节的绝对 位置。这种方法精度高，易操作，但是绝对式编码器一般体积较大，价格昂贵，其输出信号复 杂，接线多，会使机构复杂化，同时还需用复杂的接口电路才能实现对其输出数据信息的读 取。(2)采用机械限位传感器确定。当关节运动到预定初始位置的时候触发限位开关， 由此信号来确定初始零位。这种方法原理简单，但是定位精度最差，而且自动化程度不高， 初始位置会受到不确定因素的影响而不唯一。(3)利用霍尔传感器或光电传感器来确定，在机器人关节运动范围内按照一定规 律布置两个以上的上述传感器，这些传感器的位置经过测量并记录在机器人控制系统中， 机器人上电时，首先驱动关节按照一定方向旋转，当关节旋转至上述传感器位置时，读取存 储在机器人控制系统中的该开关对应的关节位置值，这样可以确定该关节的初始位置。此 方法定位精度较高，但是必须用到多个传感器，否则无法判断电机最初转动方向，会导致电 机转动方向相反而无法找到准确的位置传感器；为了增加可靠性一般要在两个极限位置设 置传感器，增加了系统的复杂性；同时，如果不针对传感器的回差进行补偿，将无法消除传 感器回差的影响，降低零位的定位精度。
发明内容
针对现有技术中的上述技术问题，本发明的目的在于提供一种低成本、易安装、定 位精度高的机器人关节初始定位方法。本发明通过如下的技术方案实现。一种机器人关节初始定位方法，包括以下步骤(1)机器人在上电工作时，中央控制系统向各个关节控制器发出找零指令；(2)各个关节控制器判断行程开关的闭合或释放状态，以确定关节旋转方向；(3)根据确定的关节旋转方向，各个关节开始慢速旋转寻找事先确定的霍尔目标 信号；(4)找到目标霍尔信号后，开始捕捉电 轴Z脉冲信号；
(5)捕捉到Z脉冲信号的同时，关节停止转动，此时的位置是唯一的，记录当前位 置，从而确定机器人的初始位置。与现有技术相比，本发明实现了机器人初始位置精确定位的自动化，具有成本低、 结构简单、操作容易、精度高的优点。
图la、lb、lc是本发明的定位方法结构示意图，图2是本发明定位方法的定位流程图。其中各附图标记含义如下1-相对固定关节，2-行程开关，3-行程挡片，4-转动电机组件(增量式编码器、电 机、减速机)，5-转动关节，6-磁珠，7-霍尔传感器，8-行程开关释放位置，9-行程开关闭合 位置。
具体实施例方式图Ia-Ic为定位结构示意图，1为相对固定关节，5为转动关节，当磁珠6 (固定于 旋转关节5上)与霍尔传感器7 (固定于相对固定关节1上)重合时会捕捉到霍尔信号和 电机Z脉冲信号，这一个唯一位置就是关节的初始零位置。由于霍尔传感器在上电前相对 于旋转关节所处的初始位置是随机的，共有三个位置，图l_(a)为磁珠6左侧，图l-(b)为 零位位置，图I-(C)为磁珠6右侧，因此，在关节找零位时，旋转关节可能会沿着逆时针(图 l-(a))或者顺时针(图I-(C))两个不同方向旋转，所以在执行零位寻找，关节旋转前必须 明确磁珠6与霍尔传感器7的相对位置，以便确定旋转关节的旋转方向，为此，加一行程开 关2和行程挡片3 (两者可以根据零位位置任意位置安装)来实现旋转方向的确定，例如图la，行程挡片3压下行程开关2，使其处于闭合状态，如果外部接一状态检测电 路，其闭合状态会被检测到并送至旋转关节5运动控制器，经过相应处理，此时，旋转关节5 会逆时针旋转，以便能够保证磁珠6与霍尔传感器7的位置重合而找到准确的零位；图lc，行程挡片3没有压下行程开关2，使其处于释放状态，其释放状态会被检测 到并送至旋转关节5运动控制器，经过相应处理，此时，旋转关节5会顺时针旋转，以便能够 保证磁珠6与霍尔传感器7的位置重合而找到准确的零位；图lb，行程挡片3没有压下行程开关2，使其处于释放状态，但此时恰好处于零位 位置，其闭合状态会被检测到并送至旋转关节5运动控制器，如果按照其释放状态经过图 1-(c)的相应处理，此时，旋转关节5会顺时针旋转，反而离开零位位置而无法保证找到零 位位置，同时考虑到行程开关2从沿着顺时针或者逆时针两个不同方向所引起的状态变换 位置会不一致，存在一定的偏差，如图1所示，当旋转关节5顺时针旋转时，位置9为行程开 关2的闭合位置，在位置9的右侧都为释放状态，而当旋转关节5逆时针旋转时，位置8为 行程开关2的释放位置，在位置8的左侧都为闭合状态，综上述，位置8与位置9之间的行 程开关2状态将与转动关节5的旋转方向有关，因此，当行程开关的初始位置恰好处于两个 方向的行程开关状态切换位置内时，行程开关状态不确定，以此作为旋转方向的确定依据 会造成旋转方向的误判，而无法找到准确的零位。为了防止上述情况，霍尔传感器7的安装位置离开这一切换范围一定角度，如图1
4所示，安装在位置8与位置9的右侧，在离切换位置一定角度安装一唯一的目标霍尔传感器 7作为零位点，以保证找到机器人关节零位时，行程开关处于释放状态；这样，可以采用同 样的处理方法，当检测到行程开关2的状态为闭合时，旋转关节5逆时针旋转，在行程开关 2的状态在位置8发生变化，改变为释放状态后，继续旋转直至找到目标霍尔信号和电机Z 脉冲信号；当检测到行程开关2的状态为释放时，无论其处于位置8与位置9之间，还是在 位置9右侧，旋转关节5都顺时针旋转，在行程开关2的状态在位置9发生变化，改变为闭 合状态后，旋转关节5开始逆时针旋转，在行程开关2的状态在位置8发生变化，改变为释 放状态后，继续旋转直至找到目标霍尔信号和电机Z脉冲信号。图2为精确寻找零位的具体步骤系统上电后，中央控制器发出找零命令，各关节控制器首先判断各行程开关是否 处于为闭合状态，(1)如果为闭合状态，旋转关节逆时针慢速旋转，开始寻找目标霍尔信号，找到目 标霍尔信号后，开始捕捉电机轴Z脉冲信号；捕捉到Z脉冲信号的同时，关节停止转动，此时 的位置是唯一的，记录当前位置，从而确定机器人的初始位置。(2)如果为释放状态，那么旋转关节顺时针慢速旋转，直至状态检测电路检测到行 程开关处于闭合状态后，旋转关节改变旋转方向，开始逆时针慢速旋转，其后步骤同(1)。因此，无论最初行程开关2的状态如何，最终旋转关节5都是按照逆时针一个方向 旋转去寻找零位，避免了传感器双向检测的回差，大大提高了其定位精度。以上所述的实施例，只是本发明较优选的具体实施方式
的一种，本领域的技术人 员在本发明技术方案范围内进行的通常变化和替换都应包含在本发明的保护范围内。
权利要求
一种机器人关节初始定位方法，包括以下步骤(1)机器人在上电工作时，中央控制系统向各个关节控制器发出找零指令；(2)各个关节控制器判断行程开关的闭合或释放状态，以确定关节旋转方向；(3)根据确定的关节旋转方向，各个关节开始慢速旋转寻找事先确定的霍尔目标信号；(4)找到目标霍尔信号后，开始捕捉电机轴Z脉冲信号；(5)捕捉到Z脉冲信号的同时，关节停止转动，此时的位置是唯一的，记录当前位置，从而确定机器人的初始位置。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述关节控制器通过状态检测电路判断 行程开关的闭合或释放状态。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述关节旋转过程中具有第一位置和 第二位置，并且所述关节顺时针方向旋转经过所述第一位置时，所述行程开关切换为闭合状态； 所述关节逆时针方向旋转经过所述第二位置时，所述行程开关切换为释放状态。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，若步骤(2)中判断行程开关处于闭合状态，则所述关节逆时针旋转； 若步骤(2)中判断行程开关处于释放状态，则所述关节顺时针旋转，在行程开关切换 为闭合状态之后，再开始逆时针旋转。
5.一种具有关节装置的机器人，其特征在于，所述机器人的关节装置根据如权利要求 1-4之一所述的方法进行初始定位。
全文摘要
本发明涉及一种机器人关节初始位置精确定位方法及装置，按照如下步骤进行操作机器人在上电工作时，中央控制系统向各个关节控制器发出找零指令；各个关节控制器判断行程开关的闭合或释放状态，以确定关节旋转方向；根据确定的关节旋转方向，各个关节开始慢速旋转寻找事先确定的霍尔目标信号；找到目标霍尔信号后，开始捕捉电机轴Z脉冲信号；捕捉到Z脉冲信号的同时，关节停止转动，此时的位置是唯一的，记录当前位置，从而确定机器人的初始位置。与现有技术相比，本发明实现了机器人初始位置精确定位的自动化，具有成本低、结构简单、操作容易、精度高的优点。
文档编号B25J9/10GK101973035SQ201010540519
公开日2011年2月16日 申请日期2010年11月11日 优先权日2010年11月11日
发明者段星光, 王兴涛, 赵洪华, 边桂彬, 黄强 申请人:北京理工大学