机器人零点校准系统及机器人零点校准方法

摘要

本发明公开了一种机器人零点校准系统及机器人零点校准方法，机器人零点校准系统包括机器人(4)，还包括校准装置；所述校准装置包括用于支撑所述机器人(4)的支撑板(3)；设置于所述支撑板(3)上，用于定位所述机器人(4)的基座(40)位置的定位装置；设置于所述支撑板(3)上的支撑柱；设置于所述支撑柱上，用于检测所述机器人(4)的校准部位的校准传感器(2)；所述机器人(4)的校准部位设置有校准结构(5)。本发明实施例提供的机器人零点校准系统，结合支撑板3、定位装置、校准传感器2及机器人4上的校准结构5，即可对机器人4进行自动校准，校准装置结构简单，避免了人工依次校准的繁琐，提高了校准效率及精度。

说明书

技术领域

本发明涉及机器人技术领域，特别涉及一种机器人零点校准系统及机器 人零点校准方法。

背景技术

目前，工业机器人已成为一种标准设备在全球得到广泛应用。在工业机 器人实际应用中，为了减少实际操作中的误差，机器人精度需要有合适的方 法或系统进行校准提高。

工业机器人的机械臂运动需要根据三维空间中的起始坐标以及终点坐标 确定运动轨迹，从而进行轨迹规划。在轨迹规划后，通过运动控制模块控制、 驱动机器人的动作实施模块。机器人所工作的目标的位置与姿态可以将机械 臂移动到工作空间中一个从未示教过的点，称为计算点。到达计算点的精度 即为机械臂的定位精度。机械臂的定位精度受到重复精度的影响，同时也受 到机器人运动学方程中参数精度的影响。D-H(Denavit-Hartenberg，矩阵)参 数中的误差将会引起逆运动学方程中关节角的计算误差。因此，机械臂的定 位精度通常比较差，且变化相当大。

在工业机器人的实际应用中，会涉及到许多需要高精度的应用环境，例 如微电子、医疗、精密加工等等。在这些情况下，对工业机器人定位精度的 校准尤其重要。一方面，需要利用标定技术对工业机器人精度作进一步的提 高；另一方面，需要对研发设计的工业机器人进行工作精度的相关检测，以 量化工业机器人工作的可靠性与稳定性。

机器人的零点校准方法主要有三种方式。第一种，使用三坐标测量仪或 者激光干涉仪进行坐标定位，然后通过对坐标方程及标定方程进行更大计算 量的计算进行零点位置校准，测量的精度较高，但是测量过程较为繁琐，效 率不高；第二种，在各关节进行零位对准的设计，加入定位插销进行校准， 该方法精度较低；第三种，将高精度传感器装在机器人本体上，然后进行零 点的标定，该方法易于安装、设计，但是传感器较为精密，安装过程中会引 入误差导致零点位置不精确。

因此，如何提高校准效率及精度，是本技术领域人员亟待解决的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种机器人零点校准系统，提高校准效率及精 度。本发明还公开了一种机器人零点校准方法。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种机器人零点校准系统，包括机器人，还包括校准装置；

所述校准装置包括用于支撑所述机器人的支撑板；设置于所述支撑板上， 用于定位所述机器人的基座位置的定位装置；设置于所述支撑板上的支撑柱； 设置于所述支撑柱上，用于检测所述机器人的校准部位的校准传感器；

所述机器人的校准部位设置有校准结构。

优选地，上述机器人零点校准系统中，所述校准结构为圆锥校准孔。

优选地，上述机器人零点校准系统中，所述定位装置包括设置于所述支 撑板上的支撑柱及定位传感器；

所述基座的定位位置设置有定位结构。

优选地，上述机器人零点校准系统中，所述定位结构为圆锥定位孔。

优选地，上述机器人零点校准系统中，所述定位传感器的数量均为两个， 分别为相互垂直的第一定位传感器及第二定位传感器；

所述定位结构的数量为两个，分别为用于与所述第一定位传感器相对设 置的第一定位结构及用于与所述第二定位传感器相对设置的第二定位结构。

优选地，上述机器人零点校准系统中，所述定位传感器与所述支撑柱一 一对应。

优选地，上述机器人零点校准系统中，所述机器人还包括依次通过轴关 节连接的第一连杆、第二连杆、第三连杆、第四连杆、第五连杆(45)及末 端法兰，所述第一连杆与所述基座通过轴关节连接；

所述校准结构包括设置于所述第二连杆上的第一校准结构及设置于所述 第四连杆上的第二校准结构；

所述校准传感器包括与所述第一校准结构对应设置的第一校准传感器及 与所述第二校准结构对应设置的第二校准传感器。

优选地，上述机器人零点校准系统中，还包括设置于所述末端法兰上的 定位辅助块；

所述校准结构还包括设置于所述定位辅助块上的第三校准结构及第四校 准结构，所述第三校准结构与所述第四校准结构的中心线相互垂直；

所述校准传感器包括与所述第三校准结构对应设置的第三校准传感器及 与所述第四校准结构对应设置的第四校准传感器。

优选地，上述机器人零点校准系统中，所述校准传感器与所述支撑柱一 一对应。

本发明还提供了一种机器人零点校准方法，应用如上述任一项所述的机 器人零点校准系统；包括步骤：

1)确保校准装置的支撑板水平设置，将机器人定位设置于所述支撑板上；

2)调节校准传感器到预定校准位置，使所述校准传感器的中心线水平设 置；

3)沿远离所述基座的方向依次调节所述机器人的关节，并通过所述校准 传感器检测到达所述机器人的校准结构的距离；

4)当检测距离到达零点位置距离时，记录该关节的旋转角度，并将所述 旋转角度保存至机器人的控制器中，作为机器人的零点位置的偏移角度。

优选地，上述机器人零点校准方法中，所述定位装置包括设置于所述支 撑板上的支撑柱及定位传感器；所述基座的定位位置设置有定位结构；

所述步骤1)中，通过所述定位传感器检测到达所述定位结构的距离，调 整所述基座在所述支撑板上的位置，当检测距离到达定位距离时，定位所述 基座。

从上述的技术方案可以看出，本发明提供的机器人零点校准系统，在机 器人零点校准过程中，确保校准装置的支撑板水平设置，将机器人通过定位 装置定位设置于支撑板上；通过支撑柱调整校准传感器的水平高度，再将校 准传感器调整到预定校准位置，使校准传感器的中心线水平设置；通过调节 机器人的关节调节校准结构相对于校准传感器的距离，当距离满足零点位置 距离时，完成该关节调整，距离该关节的旋转角度并作为机器人的零点位置 的偏移角度。本发明提供的机器人零点校准系统，结合支撑板、定位装置、 校准传感器及机器人上的校准结构，即可对机器人进行自动校准，校准装置 结构简单，避免了人工依次校准的繁琐，提高了校准效率及精度。

本发明还提供了一种机器人零点校准方法，具有与上述机器人零点校准 系统同样的技术效果，在此不再详细介绍。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实 施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，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为本发明实施例提供的机器人零点校准系统的结构示意图；

图2为本发明实施例提供的机器人零点校准系统的校准原理示意图；

图3为本发明实施例提供的机器人的第一结构示意图；

图4为本发明实施例提供的机器人的第二结构示意图。

具体实施方式

本发明公开了一种机器人零点校准系统，提高校准效率及精度。本发明 还公开了一种机器人零点校准方法。

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行 清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，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 出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参考图1-图4，图1为本发明实施例提供的机器人零点校准系统的结构 示意图；图2为本发明实施例提供的机器人零点校准系统的校准原理示意图； 图3为本发明实施例提供的机器人的第一结构示意图；图4为本发明实施例 提供的机器人的第二结构示意图。

本发明实施例提供了一种机器人零点校准系统，包括机器人4还包括校 准装置；校准装置包括用于支撑机器人4的支撑板3；设置于支撑板3上，用 于定位机器人4的基座40位置的定位装置；设置于支撑板3上的支撑柱；设 置于支撑柱上，用于检测机器人4的校准部位的校准传感器2；机器人4的校 准部位设置有校准结构5。

本发明实施例提供的机器人零点校准系统，在机器人零点校准过程中， 确保校准装置的支撑板3水平设置，将机器人通过定位装置定位设置于支撑 板3上；通过支撑柱调整校准传感器2的水平高度，再将校准传感器2调整 到预定校准位置，使校准传感器2的中心线水平设置；通过调节机器人的关 节调节校准结构5相对于校准传感器2的距离，当距离满足零点位置距离时， 完成该关节调整，距离该关节的旋转角度并作为机器人的零点位置的偏移角 度。本发明实施例提供的机器人零点校准系统，结合支撑板3、定位装置、校 准传感器2及机器人4上的校准结构5，即可对机器人4进行自动校准，校准 装置结构简单，避免了人工依次校准的繁琐，提高了校准效率及精度。

优选地，校准结构5为圆锥校准孔。如图2所示，当校准结构5与校准 传感器2对齐时，圆锥校准孔的零点位置距离L最大，而当校准结构5与校 准传感器2发生偏移时，非零点位置距离L’小于零点位置距离L。因此，提 高了检测精度。也可以将校准结构5设置为圆锥校准凸起，则零点位置距离L 最小。还可以将校准结构5设置为弧形凹槽或弧形凸起结构，在此不再一一 介绍且均在保护范围之内。

为了便于定位机器人4在支撑板3上的位置，定位装置包括设置于支撑 板3上的支撑柱及定位传感器7；基座40的定位位置设置有定位结构6。通 过支撑柱调节定位传感器7的水平高度，并通过调整机器人达到调节定位传 感器7与定位结构6的相对位置。

同理，定位结构6为圆锥定位孔。与校准结构5及校准传感器2同理， 定位结构6与定位传感器7对齐时，圆锥校准孔的零点位置距离L最大，而 当定位结构6与定位传感器7发生偏移时，非零点位置距离L’小于零点位置 距离L。因此，提高了检测精度。也可以将定位结构6设置为圆锥校准凸起， 则零点位置距离L最小。还可以将定位结构6设置为弧形凹槽或弧形凸起结 构，在此不再一一介绍且均在保护范围之内。

定位传感器7的数量均为两个，分别为相互垂直的第一定位传感器71及 第二定位传感器72；定位结构6的数量为两个，分别为用于与第一定位传感 器71相对设置的第一定位结构61及用于与第二定位传感器72相对设置的第 二定位结构62。通过采用相互垂直的第一定位传感器71及第二定位传感器 72定位基座40，有效提高了对机器人4的定位准确性。

本发明实施例提供的机器人零点校准系统中，定位传感器7与支撑柱一 一对应。如图1所示，第一定位传感器71与第一支撑柱11连接，第二定位 传感器72与第一支撑柱12连接。通过上述设置，方便了第一定位传感器71 与第二定位传感器72分别调整。

机器人4还包括依次通过轴关节连接的第一连杆41、第二连杆42、第三 连杆43、第四连杆44、第五连杆45及末端法兰46，第一连杆41与基座40 通过轴关节连接。其中，校准结构5包括设置于第二连杆42上的第一校准结 构53及设置于第四连杆44上的第二校准结构54；校准传感器2包括与第一 校准结构53对应设置的第一校准传感器23及与第二校准结构54对应设置的 第二校准传感器24。通过上述设置，使得校准传感器2对第二连杆42及第四 连杆44进行零点位置校准，在确保校准精度的同时，降低零部件数量，简化 装置的结构。

进一步地，还包括设置于末端法兰46上的定位辅助块47；校准结构5还 包括设置于定位辅助块47上的第三校准结构55及第四校准结构56，第三校 准结构55与第四校准结构56的中心线相互垂直；校准传感器2包括与第三 校准结构55对应设置的第三校准传感器25及与第四校准结构56对应设置的 第四校准传感器26。通过上述设置，有效提高了对末端法兰46的零点位置校 准，进一步提高了校准精度。

校准传感器2与支撑柱一一对应。如图1所示，第一校准传感器23与第 三支撑柱13连接，第二校准传感器24与第四支撑柱14连接，第三校准传感 器25与第五支撑柱15连接，第四校准传感器26与第六支撑柱16连接。通 过上述设置，方便了第一校准传感器23、第二校准传感器24、第三校准传感 器25及第四校准传感器26分别调整。

本发明还提供了一种机器人零点校准方法，应用如上述任一种机器人零 点校准系统；包括步骤：

S1：确保校准装置的支撑板3水平设置，将机器人4定位设置于支撑板3 上；通过上述设置，使得机器人4相对于校准装置安装到位。

S2：调节校准传感器2到预定校准位置，使校准传感器2的中心线水平 设置；通过上述设置，以便于在零点位置时机器人4的校准结构5与校准传 感器2平行设置。

S3：沿远离基座40的方向依次调节机器人的关节，通过校准传感器检测 到达机器人的校准结构的距离；以六轴机器人为例，基座40与第一连杆41 的关节、第一连杆41与第二连杆42的关节、第二连杆42与第三连杆43的 关节、第三连杆43与第四连杆44的关节、第四连杆44与第五连杆45的关 节及第五连杆45与末端法兰46的关节依次调整，依次对第一校准结构53、 第二校准结构54、第三校准结构55及第四校准结构56进行校准。

S4：当检测距离到达零点位置距离时，记录该关节的旋转角度，并将旋 转角度保存至机器人的控制器中，作为机器人的零点位置的偏移角度。即， 通过调节关节，调节校准传感器2与校准结构5的距离。以校准结构5为圆 锥校准孔为例，检测到的最大距离为零点位置距离L。

定位装置包括设置于支撑板3上的支撑柱及定位传感器7；基座40的定 位位置设置有定位结构6；步骤S1中，通过定位传感器7检测到达所述定位 结构6的距离，调整所述基座40在支撑板3上的位置，当检测距离到达定位 距离时，定位基座40。达到将机器人4定位设置于支撑板3上的效果。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都 是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用 本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易 见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下， 在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例， 而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。