專利名稱：機器人關節(jié)初始位置精確定位方法及裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種機器人關節(jié)初始位置精確定位方法，以及實現該方法的裝置。
背景技術：
機器人一般由多個關節(jié)通過組合實現各種運動功能，其初始位置是指機器人工作 或運動前各運動關節(jié)的初始位置，機器人所有運動都是相對于該初始位置，因此，初始位置 的確定是機器人工作或運動的一個前提條件，所以，在機器人正常工作之前，必須采用一定 的方法來精確確定其初始位置?，F有技術中，機器人關節(jié)初始位置定位方法常見的有三種(1)利用絕對式編碼器確定。絕對式編碼器一般安裝在機器人關節(jié)處，對于每一個 角度編碼器會產生唯一的輸出量，這樣可以根據其輸出數據信息來獲取機器人關節(jié)的絕對 位置。這種方法精度高，易操作，但是絕對式編碼器一般體積較大，價格昂貴，其輸出信號復 雜，接線多，會使機構復雜化，同時還需用復雜的接口電路才能實現對其輸出數據信息的讀 取。(2)采用機械限位傳感器確定。當關節(jié)運動到預定初始位置的時候觸發(fā)限位開關， 由此信號來確定初始零位。這種方法原理簡單，但是定位精度最差，而且自動化程度不高， 初始位置會受到不確定因素的影響而不唯一。(3)利用霍爾傳感器或光電傳感器來確定，在機器人關節(jié)運動范圍內按照一定規(guī) 律布置兩個以上的上述傳感器，這些傳感器的位置經過測量并記錄在機器人控制系統(tǒng)中， 機器人上電時，首先驅動關節(jié)按照一定方向旋轉，當關節(jié)旋轉至上述傳感器位置時，讀取存 儲在機器人控制系統(tǒng)中的該開關對應的關節(jié)位置值，這樣可以確定該關節(jié)的初始位置。此 方法定位精度較高，但是必須用到多個傳感器，否則無法判斷電機最初轉動方向，會導致電 機轉動方向相反而無法找到準確的位置傳感器；為了增加可靠性一般要在兩個極限位置設 置傳感器，增加了系統(tǒng)的復雜性；同時，如果不針對傳感器的回差進行補償，將無法消除傳 感器回差的影響，降低零位的定位精度。

發(fā)明內容
針對現有技術中的上述技術問題，本發(fā)明的目的在于提供一種低成本、易安裝、定 位精度高的機器人關節(jié)初始定位方法。本發(fā)明通過如下的技術方案實現。一種機器人關節(jié)初始定位方法，包括以下步驟(1)機器人在上電工作時，中央控制系統(tǒng)向各個關節(jié)控制器發(fā)出找零指令；(2)各個關節(jié)控制器判斷行程開關的閉合或釋放狀態(tài)，以確定關節(jié)旋轉方向；(3)根據確定的關節(jié)旋轉方向，各個關節(jié)開始慢速旋轉尋找事先確定的霍爾目標 信號；(4)找到目標霍爾信號后，開始捕捉電 軸Z脈沖信號；
(5)捕捉到Z脈沖信號的同時，關節(jié)停止轉動，此時的位置是唯一的，記錄當前位 置，從而確定機器人的初始位置。與現有技術相比，本發(fā)明實現了機器人初始位置精確定位的自動化，具有成本低、 結構簡單、操作容易、精度高的優(yōu)點。


圖la、lb、lc是本發(fā)明的定位方法結構示意圖，圖2是本發(fā)明定位方法的定位流程圖。其中各附圖標記含義如下1-相對固定關節(jié)，2-行程開關，3-行程擋片，4-轉動電機組件(增量式編碼器、電 機、減速機)，5-轉動關節(jié)，6-磁珠，7-霍爾傳感器，8-行程開關釋放位置，9-行程開關閉合 位置。
具體實施例方式圖Ia-Ic為定位結構示意圖，1為相對固定關節(jié)，5為轉動關節(jié)，當磁珠6 (固定于 旋轉關節(jié)5上)與霍爾傳感器7 (固定于相對固定關節(jié)1上)重合時會捕捉到霍爾信號和 電機Z脈沖信號，這一個唯一位置就是關節(jié)的初始零位置。由于霍爾傳感器在上電前相對 于旋轉關節(jié)所處的初始位置是隨機的，共有三個位置，圖l_(a)為磁珠6左側，圖l-(b)為 零位位置，圖I-(C)為磁珠6右側，因此，在關節(jié)找零位時，旋轉關節(jié)可能會沿著逆時針(圖 l-(a))或者順時針(圖I-(C))兩個不同方向旋轉，所以在執(zhí)行零位尋找，關節(jié)旋轉前必須 明確磁珠6與霍爾傳感器7的相對位置，以便確定旋轉關節(jié)的旋轉方向，為此，加一行程開 關2和行程擋片3 (兩者可以根據零位位置任意位置安裝)來實現旋轉方向的確定，例如圖la，行程擋片3壓下行程開關2，使其處于閉合狀態(tài)，如果外部接一狀態(tài)檢測電 路，其閉合狀態(tài)會被檢測到并送至旋轉關節(jié)5運動控制器，經過相應處理，此時，旋轉關節(jié)5 會逆時針旋轉，以便能夠保證磁珠6與霍爾傳感器7的位置重合而找到準確的零位；圖lc，行程擋片3沒有壓下行程開關2，使其處于釋放狀態(tài)，其釋放狀態(tài)會被檢測 到并送至旋轉關節(jié)5運動控制器，經過相應處理，此時，旋轉關節(jié)5會順時針旋轉，以便能夠 保證磁珠6與霍爾傳感器7的位置重合而找到準確的零位；圖lb，行程擋片3沒有壓下行程開關2，使其處于釋放狀態(tài)，但此時恰好處于零位 位置，其閉合狀態(tài)會被檢測到并送至旋轉關節(jié)5運動控制器，如果按照其釋放狀態(tài)經過圖 1-(c)的相應處理，此時，旋轉關節(jié)5會順時針旋轉，反而離開零位位置而無法保證找到零 位位置，同時考慮到行程開關2從沿著順時針或者逆時針兩個不同方向所引起的狀態(tài)變換 位置會不一致，存在一定的偏差，如圖1所示，當旋轉關節(jié)5順時針旋轉時，位置9為行程開 關2的閉合位置，在位置9的右側都為釋放狀態(tài)，而當旋轉關節(jié)5逆時針旋轉時，位置8為 行程開關2的釋放位置，在位置8的左側都為閉合狀態(tài)，綜上述，位置8與位置9之間的行 程開關2狀態(tài)將與轉動關節(jié)5的旋轉方向有關，因此，當行程開關的初始位置恰好處于兩個 方向的行程開關狀態(tài)切換位置內時，行程開關狀態(tài)不確定，以此作為旋轉方向的確定依據 會造成旋轉方向的誤判，而無法找到準確的零位。為了防止上述情況，霍爾傳感器7的安裝位置離開這一切換范圍一定角度，如圖1
4所示，安裝在位置8與位置9的右側，在離切換位置一定角度安裝一唯一的目標霍爾傳感器 7作為零位點，以保證找到機器人關節(jié)零位時，行程開關處于釋放狀態(tài)；這樣，可以采用同 樣的處理方法，當檢測到行程開關2的狀態(tài)為閉合時，旋轉關節(jié)5逆時針旋轉，在行程開關 2的狀態(tài)在位置8發(fā)生變化，改變?yōu)獒尫艩顟B(tài)后，繼續(xù)旋轉直至找到目標霍爾信號和電機Z 脈沖信號；當檢測到行程開關2的狀態(tài)為釋放時，無論其處于位置8與位置9之間，還是在 位置9右側，旋轉關節(jié)5都順時針旋轉，在行程開關2的狀態(tài)在位置9發(fā)生變化，改變?yōu)殚] 合狀態(tài)后，旋轉關節(jié)5開始逆時針旋轉，在行程開關2的狀態(tài)在位置8發(fā)生變化，改變?yōu)獒?放狀態(tài)后，繼續(xù)旋轉直至找到目標霍爾信號和電機Z脈沖信號。圖2為精確尋找零位的具體步驟系統(tǒng)上電后，中央控制器發(fā)出找零命令，各關節(jié)控制器首先判斷各行程開關是否 處于為閉合狀態(tài)，(1)如果為閉合狀態(tài)，旋轉關節(jié)逆時針慢速旋轉，開始尋找目標霍爾信號，找到目 標霍爾信號后，開始捕捉電機軸Z脈沖信號；捕捉到Z脈沖信號的同時，關節(jié)停止轉動，此時 的位置是唯一的，記錄當前位置，從而確定機器人的初始位置。(2)如果為釋放狀態(tài)，那么旋轉關節(jié)順時針慢速旋轉，直至狀態(tài)檢測電路檢測到行 程開關處于閉合狀態(tài)后，旋轉關節(jié)改變旋轉方向，開始逆時針慢速旋轉，其后步驟同(1)。因此，無論最初行程開關2的狀態(tài)如何，最終旋轉關節(jié)5都是按照逆時針一個方向 旋轉去尋找零位，避免了傳感器雙向檢測的回差，大大提高了其定位精度。以上所述的實施例，只是本發(fā)明較優(yōu)選的具體實施方式
的一種，本領域的技術人 員在本發(fā)明技術方案范圍內進行的通常變化和替換都應包含在本發(fā)明的保護范圍內。
權利要求
一種機器人關節(jié)初始定位方法，包括以下步驟(1)機器人在上電工作時，中央控制系統(tǒng)向各個關節(jié)控制器發(fā)出找零指令；(2)各個關節(jié)控制器判斷行程開關的閉合或釋放狀態(tài)，以確定關節(jié)旋轉方向；(3)根據確定的關節(jié)旋轉方向，各個關節(jié)開始慢速旋轉尋找事先確定的霍爾目標信號；(4)找到目標霍爾信號后，開始捕捉電機軸Z脈沖信號；(5)捕捉到Z脈沖信號的同時，關節(jié)停止轉動，此時的位置是唯一的，記錄當前位置，從而確定機器人的初始位置。
2.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，所述關節(jié)控制器通過狀態(tài)檢測電路判斷 行程開關的閉合或釋放狀態(tài)。
3.根據權利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述關節(jié)旋轉過程中具有第一位置和 第二位置，并且所述關節(jié)順時針方向旋轉經過所述第一位置時，所述行程開關切換為閉合狀態(tài)； 所述關節(jié)逆時針方向旋轉經過所述第二位置時，所述行程開關切換為釋放狀態(tài)。
4.根據權利要求3所述的方法，其特征在于，若步驟(2)中判斷行程開關處于閉合狀態(tài)，則所述關節(jié)逆時針旋轉； 若步驟(2)中判斷行程開關處于釋放狀態(tài)，則所述關節(jié)順時針旋轉，在行程開關切換 為閉合狀態(tài)之后，再開始逆時針旋轉。
5.一種具有關節(jié)裝置的機器人，其特征在于，所述機器人的關節(jié)裝置根據如權利要求 1-4之一所述的方法進行初始定位。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種機器人關節(jié)初始位置精確定位方法及裝置，按照如下步驟進行操作機器人在上電工作時，中央控制系統(tǒng)向各個關節(jié)控制器發(fā)出找零指令；各個關節(jié)控制器判斷行程開關的閉合或釋放狀態(tài)，以確定關節(jié)旋轉方向；根據確定的關節(jié)旋轉方向，各個關節(jié)開始慢速旋轉尋找事先確定的霍爾目標信號；找到目標霍爾信號后，開始捕捉電機軸Z脈沖信號；捕捉到Z脈沖信號的同時，關節(jié)停止轉動，此時的位置是唯一的，記錄當前位置，從而確定機器人的初始位置。與現有技術相比，本發(fā)明實現了機器人初始位置精確定位的自動化，具有成本低、結構簡單、操作容易、精度高的優(yōu)點。
文檔編號B25J9/10GK101973035SQ201010540519
公開日2011年2月16日 申請日期2010年11月11日 優(yōu)先權日2010年11月11日
發(fā)明者段星光, 王興濤, 趙洪華, 邊桂彬, 黃強 申請人:北京理工大學