KUKA机器人零点校正与轨迹偏差分析

杨光禄 杨波 陶英宇 杨殿奎

摘 要：现代制造业中，自动化率运行设备越来越高，在自动生产过程中作为代替人类工作的机器人使用量逐步增大，高自动化率的生产是追求更高的生产效率，尤其是在汽车流水线生产中机器人的运用最为广泛;因此机器人的稳定性，重复性，按照人类的要求来工作最为重要;本文通过在对KUKA机器人零点位置作为一个机械的高精度定位点，零点的精度决定着机器人的运行轨迹来分析、阐述机器人零点校正方式、负载等都对机器人轨迹的影响，以及机器人在运行过程中发生轨迹偏移的原因以及解决方法。

关键词：轨迹偏移;快速排除故障;标准

1引言

KUKA机器人在重复性的工作中，轨迹的精度尤为重要，而零点位置是编程的参考基准，是偏量学习的基础。有了高精度的零位，机器人的轨迹才会正常运行。

2机器人的投入运行

2.1 零点标定的原理

为了完全发挥工业机器人的工作效果，需要精确标定零点。 只有如此，机器人才能以它的重复精度和重复定位精度，并完全可以按编程设置的轨迹动作;零点标定就是为每个轴找到相应机械零位并把相应的位置保存在机器人系统里供机器人使用。 通过专用专用工具EMD进行校正，可为每一个在机械零点位置的轴指定一个基准[1]。如此就能够使轴的机器位置和电气位置保持一致，故每个轴都有一个独一无二的角度值与之相对应。但确切位置在相同机器人类型中的有差别机器人之间是不一样的。 校正零点时Quantec系列的机器人零点位置的角度值1轴 -18°，2轴 -118°，3轴 +122°，4轴A2°，5轴 2°，6轴 2°就可以校正零点。

2.2何时标定零点

在以下情况下必须进行零点标定：在安装运行时，要对机器人进行零点校正才能运行程序[2]，机器人的轴人为摇动;机器人本体，如拆卸电机、齿轮箱等进行维修保养后，需要重新校正零点;机器人以高于 250 mm/s 的速度和干涉物体碰撞后。

2.3 各种校正方法和作用

初次校正是用在机器人初次投入使用时，让机器人识别并保存机械零位，为以后的偏差学习和负载校正做基础。当机器人带上负载以后，机器人变速器、连接臂会受负载的影响而发生形变。 由于连接臂、减速器齿轮箱等材料发生形变，安装了工具负载的机器人和未安装工具负载的机器人位置上会有所区别，从而影响机器人的精度，轨迹发生偏移。偏差学习，就是在机器人带上附属设备以后，用相应程序里的工具号进行偏差学习重新校零，通过和初次校零前后对比，计算并保存两次校零的偏差值，这样机器人就能识别出带上工具和未带上工具位置的变化，通过补偿这偏差值从而保证轨迹的精度。负载校正，机器人带上工具以后，如果零点丢失了需要重新零点校正时，如果采用初次校正，需要拆卸负载工具，这样校零才准确，但是这样拆卸工具后机器人的工具中心位置会发生变化，从而导致轨迹偏移。因此负载校正，就是在机器人工具安装完毕之后，再进行零点校正的工作[3]。但之后重新再次标定或者查看零点时，要保证必须使用同一工具，附属设备保持一致以后零点校正就保持一致，从而保证轨迹精度。

3 机器人轨迹发生偏移后与零点校正方式分析实验

3.1故障现象

故障一：机器人工作时所有零点丢失，更换了RDC卡后，机器人未取下工具采用了初次校正，重新走轨迹时，机器人轨迹发生偏移，轨迹z轴方向偏移3mm左右，为了维持生产，优化了机器人轨迹。

故障分析：在机器人投入运行时，机器人在未安装工具负载进行零点校正，安装完工具以后编程直接投入，在零点丢失以后，带上工具进行校正，减速器齿轮箱，连接臂在重力的作用下形变，导致校正完零位后，所有轨迹发生偏移。

故障二：机器人所带多个不同重量的工具抓手，抓手之间的重量差距有150kg，分别抓取不同车型的零件，机器人在工具台上取件时轨迹发生变化，偏移方向不定，偏移距离大约有3mm左右，导致抓手定位销不能进入工艺孔，无法抓取零件;屡次调试、优化机器人轨迹，优化完后轨迹再次发生偏移。

故障分析：在机器人投入运行时，机器人在未安装工具负载进行零点校正，安装完工具以后编程直接投入，未进行偏差学习，在零点丢失以后，带上工具进行校正，导致校正完的零位有变化，再者该机器人使用多套不同工具，由于未进行相应工具的偏量学习，零位偏差补偿值未保存，机器人没有进行相应工具的力矩补偿，所有轨迹发生偏移。

3.2实验：

（1）下面我们以KUKA C2系列KR210型号机器人来实验工具负载与不同的校正方式对机器人轨迹的影响。

（2）机器人不带工具，用“标准”校正零点，编写参考轨迹up1，参考点位置。

（3）机器人安装上工具（131Kg焊钳），运行参考轨迹up1，参考点位置偏移3mm左右，且方向不固定。

（4）机器人带工具焊钳，编写参考轨迹up2，参考点;然后用“带负荷修正的首次校正”校正零点，运行UP2参考点位置，轨迹偏差约3mm。

（5）机器人再不带工具时进行“标准”校正零点，然后安装工具焊钳，编写参考轨迹up3，参考点;然后用“标准”校正零点进行较零，运行UP3参考点位置，轨迹没有偏移，如图1。

3.3分析

通过上述实验对于kuka机器人运行后发生轨迹偏移，由于机器人（未带工具）由KUKA厂家采用“标准”校正零点进行零点校正，然后施工厂家安装负载工具后直接进行编程（未进行偏量学习），导致机器人在丢失零点后重新校零轨迹会发生偏移。

4 结论：

對于机器人运行后发生轨迹偏移我们有两种方法对其进行校零运用。（1）对于机器人自带一种负载或者运行轨迹精度要求不高的机器人采用，投入运行模式调整选择首次零点标定;（2）对多种负载或运行轨迹精度标准高的机器人[4];首先要在投入运行模式下进行测量，然后再初次零点标定;其次，带上附属设备以后对相应的负载进行偏量校正;投入运行下选择带负载零点进行负载零点标定带偏移量，这样就保证了不动负载下机器人通过偏量学习，控制器会补偿不同的力矩，保证了轨迹的精度，防止了机器人轨迹的偏移。

参考文献

[1]庄丽. 机器人系统中交流伺服电机控制研究. 制造业自动化， 2015， 37.7： 61-62.

[2]腰晓凯. 基于机器人群控技术的码垛生产线控制系统. 电脑知识与技术： 学术交流， 2016， 8： 236-238.

[3]张立建; 胡瑞钦; 易旺民. 基于六维力传感器的工业机器人末端负载受力感知研究. 自动化学报， 2017， 43.3： 439-447.

[4]史晓佳， et al. KUKA 工业机器人位姿测量与在线误差补偿. 机械工程学报， 2017， 53.8： 1-7.