工業機器人校正各臂的水平與垂直的方法介紹

　　在機器人的制造過程中，最后裝配完成后必須來校正它的水平垂直，以次來定程序的參考點，目前各家企業有哪些方法，哪種更靠譜一些？

　　在多數工業機器人應用中，示教再現的編程方式仍然占據主流，這要求機器人具有較好的重復定位精度（Pose Repeatability），對其絕對定位精度則要求不高；

　　隨著機器人應用范圍的增加，越來越多的應用中要求機器具有較高的操作空間絕對定位精度，比如帶視覺的系統，機器人需要根據視覺系統判斷出的物體位置并準確到達目標點，考驗的是機器人的絕對定位精度。

　　標定機械零點是提高機器人操作空間定位精度（Pose Accuracy & Linear Path Accuracy）的第一步，其目的是為了讓控制算法中的理論零點與實際機械零點重合，使得機械連桿系統可以正確的反應控制系統的位置指令。（機械零點只是提高機器人定位精度的一個基礎因素，其他因素可參考工業機器人控制算法的評價方法（CPA）？

　　零點丟失時，機器人無法正確的執行笛卡爾空間運動。

　　一般在下述情況下，需要重新標定零點：

　　更換電機/減速器等傳動部件或者機械零部件之后；

　　與工件或環境發生碰撞；

　　沒在控制器控制下，手動移動機器人關節；

　　目前主流的工業機器人標定方法主要有以下幾種：

　　側傾儀（代表廠商：ABB）

　　當更換了電機、減速器等驅動和傳動部件時，ABB會要求使用Calibration Pendulum和Levelmeter 2000套件（圖1）對機器人進行重新標定，該套件多由ABB售后部門和集成商使用，普通客戶一般只需執行示教器上的Updating revolution counters（更新轉數計數器）操作，而該操作需要的內部數據，就是由側傾儀標定產生的。側傾儀本質上是兩個側傾傳感器（瑞士WYLER公司出品，http://www.wylerag.com/en/products/inclination-measuring-sensors/digital-inclination-sensors/inclination-sensor-zerotronic/），ABB做了一個支架，將兩個側傾傳感器集成到一個儀器內，來實現同時測量兩個方向的傾角。一般在ABB機器人的大臂或者小臂上會找到一個光滑的安裝面（IRB120，IRB1200等小負載機器人除外），就是用來安裝側傾儀的。對側傾儀具體使用方法感興趣的朋友可以參考ABB的《Operating manual – Calibration Pendulum》。

　　圖1 ABB零點標定套裝

　　圖2 底座上使用側傾儀

　　圖3 大臂上使用側傾儀

　　圖4 輸出法蘭上使用側傾儀

　　優點：

　　精度高，由于不同緯度重力加速度不同，WYLER的側傾傳感器在使用時都會要求執行回零操作。

　　操作簡單，在ABB的控制系統中內置了與之配合的程序（Service Routine），用戶只需要將側傾儀安裝到位，調用內置程序，就會自動完成回零標定。

　　缺點：

　　貴，WYLER單個側傾傳感器+LevelMeter2000約6-8w，ABB整套套件需20w+（幾年前的價格，僅供參考）。

　　繁瑣，只要更換電機或者減速器，就需要進行零點標定。

　　EMD（代表廠商：KUKA）

　　KUKA用于零點標定的設備叫EMD（Electronic Mastering Device，以前也稱作EMT，從KRC4升級了），其本質上是一個高精度的位移傳感器（圖5）。

　　KUKA在機械本體上的每一個軸上都有一對大的凹槽以及一個圓孔及對應的尖型凹槽。標定時，首先利用大的凹槽進行粗定位，然后將EMD安裝到圓孔上，另一端連接到KUKA的控制柜上，此時控制器會自動控制機器人以非常慢的速度運動，來尋找運動過程的最低點，也就是機械零點。具體操作過程可參考視頻https://www.youtube.com/watch？v=6TVe965SPPA。

　　圖5 KUKA EMD

　　圖6 KUKA EMD零點標定示意圖

　　優點：

　　操作簡單，可靠，零點信息保存在關節上，換了電機/減速器也可以用EMD來標定。

　　成本較低，普通用戶也可自備一套，隨時可以進行校準。

　　在不購買EMD的情況下，也可用千分表代替，此時需人工讀數判斷零點。

　　缺點：

　　零點信息都保存在機械件上，對加工的精度要求非常高。

　　如果用千分表代替EMD，則無法實現自動尋找零點的功能。

　　定位銷、鍵、凹槽（日系廠商，國內廠商）

　　在機械裝配中，經常采用定位銷與鍵來確定不同零部件之間的相對位置，而在簡單的機器人零點標定中，也可采用這兩種方式來限定不同構件之間的初始位置。如圖7所示，在關節相互轉動的兩個構件上各有一個銷釘孔，當轉動關節至兩個銷釘孔軸線重合時，銷釘即可插入，此位置即為相應關節的零點位置。而對于鍵定位可參照圖8，在關節相互轉動的兩個構件上各有一個鍵槽，當轉動關節至兩個鍵槽對應面重合時，鍵可同時放入兩個鍵槽，此位置即為相應關節的零點位置。

　　而采用凹槽方式進行零點標定時，只需將兩個凹槽對準即可認為已到達零點位置（圖9），該方法屬粗定位，僅用于對機器人絕對定位精度要求不高的場合。