机器人零点校准装置、机器人零点校准系统及校准方法

摘要

本发明公开了一种机器人零点校准装置、机器人零点校准系统及校准方法，机器人零点校准装置包括：传感部件(1)，所述传感部件(1)具有感应腔体及供机器人(4)进入所述感应腔体的开口，所述传感腔体的内侧面具有位置传感器矩阵；用于与所述机器人(4)的校准部位连接，供所述位置传感器矩阵检测的定位块(2)；用于将所述机器人(4)移动至所述感应腔体内的移动底座(3)。本发明提供的机器人零点校准装置，仅需对校准一个机器人，结合传感部件、定位块及移动底座，即可对同种型号的机器人进行自动校准，避免了人工依次校准的繁琐，提高了校准效率及精度；校准装置结构简单，可对多种类型的机器人进行零点位置校准，提高了通用性。

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装置、机器 人零点校准系统及校准方法。

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，且不同型号的检测过程不同，通用性不高；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，提高通用性，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装置，提高校准效率及精 度，提高通用性。本发明还公开了一种具有上述机器人零点校准装置的机器 人零点校准系统及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装置，其特征在于，包括：

传感部件，所述传感部件具有感应腔体及供机器人进入所述感应腔体的 开口，所述传感腔体的内侧面具有位置传感器矩阵；

用于与所述机器人的校准部位连接，供所述位置传感器矩阵检测的定位 块；

用于将所述机器人移动至所述感应腔体内的移动底座。

优选地，上述机器人零点校准装置中，所述传感部件包括四个传感器板；

分别为：用于设置于待测机器人的两侧的第一传感器板及第四传感器板， 用于设置于待测机器人的顶部的第二传感器板，用于设置于待测机器人的前 侧的第三传感器板。

优选地，上述机器人零点校准装置中，所述位置传感器矩阵覆盖所述传 感器板的内侧面。

优选地，上述机器人零点校准装置中，所述传感部件的底部具有水平设 置的支撑板。

优选地，上述机器人零点校准装置中，还包括用于将所述定位块与所述 机器人的校准部位连接的连接销。

本发明还提供了一种机器人零点校准系统，包括机器人，还包括如上述 任一项所述的机器人零点校准装置。

优选地，上述机器人零点校准系统中，所述机器人包括依次通过轴关节 连接的基座、第一连杆、第二连杆、第三连杆、第四连杆、第五连杆及末端 法兰。

优选地，上述机器人零点校准系统中，所述定位块的数量为四个，分别 为设置于所述第一连杆上的第一定位块、设置于所述第二连杆上的第二定位 块、设置于所述第三连杆上的第三定位块及设置于所述末端法兰的第四定位 块。

本发明还提供了一种机器人零点校准方法，应用如上述所述的机器人零 点校准装置；包括步骤：

1)设置校准数据；

2)将待校准的机器人安装于移动底座上，将定位块安装于其校准位置， 并移动至感应腔体内；

3)对所述机器人的校准部位进行检测及数据采集；

4)将采集数据与所述校准数据进行对比，记录对比结果；

5)对机器人进行微位移调整，然后进入步骤3)循环检测，循环检测预 定次数后，进入下一步；

6)将选取采集数据与所述校准数据的差异最小的一组所述采集数据作为 零点校准数据；

7)根据所述零点校准数据计算所述机器人的关节旋转角度，并将所述关 节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，所述步骤1)具体为：

11)将已校准的机器人安装于移动底座上，将定位块安装于其校准位置， 并移动至感应腔体内；

12)对所述机器人的校准部位进行数据采集并记录为所述校准数据。

优选地，上述机器人零点校准方法中，所述步骤5)中，根据对比结果对 机器人进行微位移调整。

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装置，在机 器人零点校准过程中，现将已校准的机器人至于移动底座上，机器人的校准 部位连接定位块；机器人随移动底座由传感部件的开口移动至其感应腔体内， 通过传感腔体的内侧面的位置传感器矩阵检测定位块的位置并记录为校准数 据。然后退出已校准的机器人，将待校准的机器人至于移动底座上，待校准 的机器人的校准部位连接定位块；机器人随移动底座移动到感应腔体内，通 过传感腔体的内侧面的位置传感器矩阵检测定位块的位置并与校准数据进行 比较，根据比较结果调节机器人，选取与校准数据差异最小的采集数据作为 该机器人的零点校准数据，并计算出机器人的关节旋转角度，作为机器人零 点位置的偏移角度。本发明提供的机器人零点校准装置，仅需对校准一个机 器人，结合传感部件、定位块及移动底座，即可对同种型号的机器人进行自 动校准，避免了人工依次校准的繁琐，提高了校准效率及精度；校准装置结 构简单，可对多种类型的机器人进行零点位置校准，提高了通用性。

本发明还提供了一种具有上述机器人零点校准装置的机器人零点校准系 统及机器人零点校准方法。由于上述机器人零点校准装置具有上述技术效果， 具有上述机器人零点校准装置的机器人零点校准系统及机器人零点校准方法 也应具有同样的技术效果，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传感部件的结构示意图；

图3为本发明实施例提供的机器人及定位块的结构示意图；

图4为本发明实施例提供的机器人的第一结构示意图；

图5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装置，提高校准效率及精度，使用范 围广。本发明还公开了一种具有上述机器人零点校准装置的机器人零点校准 系统及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和图2，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传感部件的结构示意图。

本发明实施例提供了一种机器人零点校准装置，包括传感部件1、定位块 2及移动底座3。传感部件1具有感应腔体及供机器人4进入感应腔体的开口， 传感腔体的内侧面具有位置传感器矩阵；定位块2用于与机器人4的校准部 位连接，位置传感器矩阵检测定位块2的位置；移动底座3用于将机器人4 移动至感应腔体内。

本发明实施例提供的机器人零点校准装置，在机器人零点校准过程中， 现将已校准的机器人至于移动底座3上，机器人4的校准部位连接定位块2； 机器人随移动底座3由传感部件1的开口移动至其感应腔体内，通过传感腔 体的内侧面的位置传感器矩阵检测定位块2的位置并记录为校准数据。然后 退出已校准的机器人，将待校准的机器人至于移动底座3上，待校准的机器 人4的校准部位连接定位块2；机器人随移动底座3移动到感应腔体内，通过 传感腔体的内侧面的位置传感器矩阵检测定位块2的位置并与校准数据进行 比较，根据比较结果调节机器人4，选取与校准数据差异最小的采集数据作为 该机器人4的零点校准数据，并计算出机器人4的关节旋转角度，作为机器 人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装置，仅需对 校准一个机器人4，结合传感部件1、定位块2及移动底座3，即可对同种型 号的机器人4进行自动校准，避免了人工依次校准的繁琐，提高了校准效率 及精度；校准装置结构简单，可对多种类型的机器人4进行零点位置校准， 提高了通用性。

在本实施例中，传感部件1包括四个传感器板；分别为：用于设置于待 测机器人的两侧的第一传感器板11及第四传感器板14，用于设置于待测机器 人的顶部的第二传感器板12，用于设置于待测机器人的前侧的第三传感器板 13。即，传感部件1为矩形结构，仅底面及朝向机器人后侧的面空置，而这 两个面均可以作为供机器人4进入感应腔体的开口。优选地，由于底面朝下， 不便于机器人4进出，因此，优选将传感部件1朝向机器人后侧的面作为开 口，而由第一传感器板11、第二传感器板12、第三传感器板13及第四传感 器板14围城的腔体作为感应腔体。通过上述设置，方便了传感部件1的设置， 仅需将第一传感器板11、第二传感器板12、第三传感器板13及第四传感器 板14相互垂直连接即可。

为了进一步提高检测方便程度及广泛程度，位置传感器矩阵覆盖传感器 板的内侧面。也可以使位置传感器矩阵位于传感器板的内侧面的局部，如位 置传感器矩阵位于传感器板的内侧面的中心或右上角等。

如图2所示，传感部件1的底部具有水平设置的支撑板15。在检测过程 中，传感部件1至于工作场地上，支撑板15水平设置，确保了传感部件1的 稳定性，避免了传感部件1晃动，进一步提高了校准精度。

本发明实施例提供的机器人零点校准装置还包括用于将定位块2与机器 人的校准部位连接的连接销5。即，定位块2通过连接销5与机器人的校准部 位连接，使得定位块2准确设置于机器人的校准部位，进一步提高了校准精 度。

本发明实施例还提供了一种机器人零点校准系统，包括机器人4，还包括 如上述任一种机器人零点校准装置。由于上述机器人零点校准装置具有上述 技术效果，具有上述机器人零点校准装置的机器人零点校准系统也应具有同 样的技术效果，在此不再一一累述。

如图3、图4及图5所示，机器人4为六轴机器人。其包括依次通过轴关 节连接的基座40、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。即，基座40与第一连杆41、第一连杆41与第 二连杆42、第二连杆42与第三连杆43、第三连杆43与第四连杆44、第四连 杆44与第五连杆45及第五连杆45与末端法兰46之间均通过轴关节连接。 通过将机器人4设置为最为常用的六轴机器人，方便了使用。当然，也可以 将机器人4设置为五轴机器人或四轴机器人等，在此不做具体限制。

在本实施例中，定位块2的数量为四个，分别为设置于第一连杆41上的 第一定位块21、设置于第二连杆42上的第二定位块22、设置于第三连杆43 上的第三定位块23及设置于末端法兰46的第四定位块24。由于第四连杆44 与第五连杆45较小，因此，不设置定位块2，仅对第一连杆41、第二连杆42、 第三连杆43及末端法兰46进行校准，在确保校准精度的同时，减少了零部 件。也可以设置五个或六个定位块2，以便于进一步提高校准精度。当然，也 可以设置少于四个定位块2，如，仅设置一个定位块2，通过移动定位块2在 机器人4上的位置达到对机器人4上多个校准位置的检测。

本发明实施例还提供了一种机器人零点校准方法，应用如上述任一种机 器人零点校准装置；包括步骤：

S1：设置校准数据；预先在传感部件1的位置传感器矩阵内输入与待校 准的机器人4同种型号的机器人4的校准数据，该校准数据为机器人4零点 位置的数据。

S2：将待校准的机器人4安装于移动底座3上，将定位块2安装于其校 准位置，并移动至感应腔体内；其中，移动底座3在感应腔体内的位置固定。

S3：对机器人4的校准部位进行数据采集；通过位置传感器矩阵检测定 位块2，进而达到对机器人4的校准部位的检测。

S4：将采集数据与校准数据进行对比，记录对比结果；根据采集的数据 与之前设定的校准数据进行对比，把二者差值作为对比结果。

S5：对机器人进行微位移调整，然后进入步骤S3循环检测，循环检测预 定次数后，进入下一步。以循环检测预定次数为10次为例，由步骤3-步骤4- 步骤5为一次检测，进行微调后再进入步骤S3，循环10次步骤3-步骤4-步 骤5后，进入下一步。可以理解的是，循环检测预定次数依实际需求而定， 在此不做具体限制。

S6：将选取采集数据与校准数据的差异最小的一组采集数据作为零点校 准数据。以循环检测预定次数为10次为例，在10次检测过程中，需要得出 对比结果10次，其中，依对比结果而定，选取采集数据与校准数据的差异最 小的一组，设置为零点校准数据。

S7：根据零点校准数据计算机器人的关节旋转角度，并将关节旋转角度 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。

本发明实施例提供的机器人零点校准方法，避免了人工依次校准的繁琐， 提高了校准效率及精度；校准装置结构简单，可对多种类型的机器人4进行 零点位置校准，使用范围广。

进一步地，步骤S1具体为：

S11：将已校准的机器人4安装于移动底座3上，将定位块2安装于其校 准位置，并移动至感应腔体内；

S12：对机器人4的校准部位进行数据采集并记录为校准数据。

即，仅需对校准一个机器人4，以该机器人4为依据，设定校准数据。有 效提高了校准数据的准确性。也可以在检测过程中调节待检测的机器人，进 而得出校准数据，在此不再详细介绍。

进一步地，步骤S5中，根据对比结果对机器人进行微位移调整。通过对 比结果对待检测的机器人进行微位移调整，使得采集数据更接近校准数据， 进一步提高了校准精度。其中，微位移调整依据调节机器人的关节角度达到 调整效果。

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。