一种仿人机器人关节零位校准的方法与流程

本发明属于仿人机器人技术领域，具体涉及一种仿人机器人关节零位校准的方法。

背景技术：

仿人机器人主要包含头部，手部各两条，腿部各两条。头部有1-3个关节，每只手有3个关节每条腿有3-6个关节，每个关节是一个自由度。关节因为存在位置传感器误差，关节输出齿轮与舵盘的安装位置误差等，造成不同关节零位位置存在的值不一样。位置传感器及其角度误差如图1所示。

关节输出齿轮齿数为n，每个齿的角度为360°/n，一般地，为了更方便地进行组装，允许舵盘与关节输出齿轮偏差2个齿数，即最大会产生2*360°/n度的误差。假设使用的关节齿轮齿数为25，所以每个齿的角度为14.4°。在安装时，舵盘与关节输出齿轮偏差1个齿数时，零位位置就会产生14.4°的误差。如图2所示。

现有仿人机器人零位校准方法有刻度对位校准方式，限位装置校准方式，ccd检测校准方式。

刻度对位校准方式：此方式在零位位置和活动关节增加对位的刻度，需要做零位校准时，手动将关节调整至刻度对应位置，将此位置设定为零位位置。这种方式需要人为判断零位位置，容易产生人为误差，效率较低。

限位装置校准方式：此方式规定每个关节零位位置，再根据对应的零位位置开发一套限位装置，需要做零位校准时，把机器人放入限位装置中，手动将关节调整至限位位置，再将此位置设定为零位位置。此种方式减少了人为判断造成的误差，但是机器人关节越多，操作越复杂，而且需要额外增加限位装置。

ccd检测校准方式：需要用到ccd检测平台，将机器人开机后，放置于检测平台，将ccd采集到机器人角度与预设零位角度进行对比，计算出角度误差后，再通知机器人修改相应的角度误差。这种方法需要专门为机器人零位校准开发一套视觉算法处理检测设备，设备开发技术复杂，成本较高，而且只适合在量产生产中使用，适用范围较窄。

技术实现要素：

为克服现有技术所存在的缺陷，本发明提供一种仿人机器人关节零位校准的方法，以关节位置传感器的中位位置为参考零位位置，结合机器人本体结构限位，调整中位位置来确定参考机器人各关节的零位位置。

本发明要解决其技术问题所采用的技术方案是：设计一种仿人机器人关节零位校准的方法，按照下述步骤依次进行：

步骤一：使用pc上位机软件、手机app，通过有线连接或是无线连接连接到仿人机器人，或者通过语音控制方式，向仿人机器人发出关节零位校准指令，仿人机器人控制中心会进入零位校准模式，开始对每个关节进行校准；

步骤二：零位校准时，仿人机器人控制中心向待校准关节发送转动指令；机器人控制中心间隔一段时间查询一次待校准关节的角度，当待校准关节无法转动时，即认为待校准关节已经转动到关节限位面，机器人控制中心计算出零位位置误差值，并保存起来，开始校准下一个关节零位位置。

优选的，步骤一中所述的无线连接包括蓝牙、wi-fi、无线通信。

优选的，步骤二中所述的关节零位位置是以关节位置传感器的中位位置为参考零位位置，结合机器人本体结构限位，调整中位位置来确定参考机器人各关节的零位位置。

优选的，所述的关节位置传感器角度范围为0-330°，实际使用角度范围为0-240°，即截取中位位置左右各120°为作实际使用角度，预留90°作为校准角度。

本发明所具有的有益效果是：

本发明节省了开发成本和装置成本，不需要额外单独开发零位校准装置。降低开发技术难度，依托机器人本体结构就可以对机器人做零位校准。可以让机器人自动寻找零位位置，做零位校准，减少人为操作误差。

附图说明

图1为位置传感器及其角度误差；

图2为关节输出齿轮与舵盘及组装示意图；

图3为本发明的仿人机器人零位校准流程图；

图4是本发明的关节与位置传感器角度范围；

图5是本发明的仿人机器人各关节理想初始状态；

图6是本发明的仿人机器人各关节实际初始状态；

图7是本发明的关节限位说明示意图；

图8是本发明的关节转动与限位说明示意图；

图9是本发明的关节零位校准后示意图。

具体实施方式

本发明所述的一种仿人机器人关节零位校准的方法，按照下述步骤依次进行：

步骤一：使用pc上位机软件、手机app，通过有线连接或是无线连接连接到仿人机器人，或者通过语音控制方式，向仿人机器人发出关节零位校准指令，仿人机器人控制中心会进入零位校准模式，开始对每个关节进行校准；

步骤二：零位校准时，仿人机器人控制中心向待校准关节发送转动指令；机器人控制中心间隔一段时间查询一次待校准关节的角度，当待校准关节无法转动时，即认为待校准关节已经转动到关节限位面，机器人控制中心计算出零位位置误差值，并保存起来，开始校准下一个关节零位位置。如图3所示。

步骤一中所述的无线连接包括蓝牙、wi-fi、无线通信。

步骤二中所述的关节零位位置是以关节位置传感器的中位位置为参考零位位置，结合机器人本体结构限位，调整中位位置来确定参考机器人各关节的零位位置。

所述的关节位置传感器角度范围为0-330°，实际使用角度范围为0-240°，即截取中位位置左右各120°为作实际使用角度，预留90°作为校准角度。如图4所示。

图4中两边黑色箭头部分为预留的校准角度，校准角度范围左右各45°，此部分在关节使用时不可见，只在校准时才起作用。中间白色框代表关节实际使用角度范围0-240°，图中位置传感器中位位置对应关节的120°。

关节初始角度设定在中位位置，即120°。各关节理想的初始状态如图5所示。图5中每个关节都是120°。

但是因为不同关节之间存在角度误差，所以成整机后，机器人各关节实际初始状态与理想初始状态有一定的差异，如图6所示。

本发明在仿人机器人关节连接的地方，增加了外壳结构限位。如图7所示。

关节1作为关节2的零位校准基准点。利用关节1的外壳设置了关节2的角度限位。

关节1的限位面需要平整，不能因关节1和关节2角度差异而产生误差。

图8所示，关节限位面与关节初始状态形成的夹角角度值是固定的，可预知的角度值θ1。

实际装配的初始角度f与理想初始角度e存在误差θ2。θ2可以是正值，也可以是负值。

当关节2转动到关节限位面后，无法再转动，此时关节2的角度为关节限位角度，此时关节2转动的角度值为θ。

θ＝θ1+θ2

关节2转动的角度值θ可以通过关节位置传感器检测得知。从式1可以得知

θ2＝θ-θ1

即关节2实际转动的角度-关节限位面与关节初始状态形成的固定夹角，得到的就是关节实际初始角度值与理想初始角度值的误差θ2。如图9所示。

图9表示关节角度整体往位置传感器零位位置方向偏移θ2。当θ2为负值时，关节角度整体往位置传感器最大位置方向偏移θ2。

最后所应说明的是：以上实施例仅用以说明而非限制本发明的技术方案，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应该理解：依然可以对本发明进行修改或者等同替换，而不脱离本发明的精神和范围的任何修改或局部替换，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。