机器人输送链参数与基坐标系校准融合方法

2021-09-05李亚萍刘春鹏张黎燕王云飞杜全斌侯守坡

设备管理与维修 2021年13期

李亚萍，刘春鹏，张黎燕，王云飞，杜全斌，侯守坡

（河南机电职业学院，河南郑州 451191）

0 引言

工业机器人作为先进制造业中不可替代的重要装备和技术手段，已经成为衡量一个国家制造业水平和科技水平的重要标志。分拣机器人工作站因具有刚度高、速度快和柔性强的特点，广泛应用于食品、电子、药品和轻工等行业。在安装调试分拣机器人的过程中，需要校准输送链CountsPerMeter参数，即输送链每前进1 m 控制器实际采集到的脉冲信号（Count）个数。CountsPerMeter 是用于计算输送链行进距离的参数，知道了每米采集到的脉冲个数，同时就能求出采集到N 个脉冲数时输送链移动了多少距离。编码器只要将脉冲数传递给控制器，控制器就可以准确计算出任意时间内输送链行进的距离。

基坐标系是以机器人安装基座为基准、用来描述机器人本体运动的直角坐标系。任何机器人都离不开基坐标系，基坐标系也是机器人TCP 在三维空间运动空间所必需的基本坐标系（面对机器人前后：X 轴，左右：Y 轴，上下：Z 轴）。

在校准输送链CountsPerMeter 参数时，也需要校准基坐标系。因为基坐标系影响输送链的跟踪精度。当前，工程人员所采用的技术手段为首先分别开启和停止输送链2 次，同时校准CountsPerMeter 参数。然后再分别开启和停止输送链4 次，校准基坐标系。两步校准操作方式在步骤上存在局部接近，调试过程不够精炼，比较费时。

1 校准输送链CountsPerMeter 参数方法

校准CountsPerMeter 主要目的是让机器人控制器能够准确知道输送链行进距离。通过测量计算CountsPerMeter的真实大小，并在示教器上设置此参数，来告诉机器人有关输送链的相对位置数据。

启动输送链，工件通过同步开关。

第一步，示教校准CountsPerMeter 参数所需的第一点：停止输送链，记录示教器上输送链装置坐标值。把机器人末端示教至工件上方，校准针对准工件的特征点，记录示教器上机器人装置的当前坐标值，机器人末端位置如图1 所示。

图1 机器人末端位置

第二步，示教校准CountsPerMeter 参数所需的第二点：启动输送链，目测工件移动0.5～1.5 m 时，停止输送链，记录示教器上输送链装置坐标值。把机器人末端示教至工件上方，校准针对准工件的特征点，机器人末端校准值如图2 所示，记录示教器上机器人装置当前坐标值。

图2 机器人末端校准值

第三步，校准CountsPerMeter 参数：根据第一和第二步中输送链装置坐标值计算出两点间输送链距离，再根据上述机器人装置坐标值计算两点间实际距离。由公式CountsPerMeter=输送链距离×初始值/实际距离，以此计算参数，并输入工业机器人。

2 基坐标系校准方法

基坐标系是设置在机器人基座中的坐标系，坐标原点一般为基座中心点。可以通过在基座标X 轴、Y 轴、Z 轴上的位移和旋转角来确定机器人末端法兰或抓手的位置和姿态。

第一步，示教校准基坐标系所需的第一点：把工件坐标切换到与输送链关联的工件坐标，执行激活输送链指令后，启动输送链。工件通过同步开关和0.0 m 位置后，等待连接工件坐标系指令完成，停止输送链。把机器人末端示教至工件上方，校准针对准工件的特征点，在校准基座选项的第一点上修改位置。

第二步，示教校准基坐标系所需的第二点：启动输送链，目测工件移动0.1～0.3 m 时，停止输送链，把机器人末端示教至工件上方，校准针对准工件的特征点，在校准基座选项的第二点上修改位置。

第三步，示教校准基坐标系所需的第三点：启动输送链，目测工件移动0.1～0.3 m 时，停止输送链。把机器人末端示教至工件上方，校准针对准工件的特征点，在校准基座选项的第三点上修改位置。

第四步，示教校准基坐标系所需的第四点：启动输送链，目测工件移动0.1～0.3 m 时，停止输送链。把机器人末端示教至工件上方，校准针对准工件的特征点，在校准基座选项的第四点上修改位置。

第五步，校准基坐标系：确认上述第一到第四步，即确认机器人末端四次对准工件上的特征点时，输送链的坐标值，从而确定基坐标系。

3 输送链CountsPerMeter 参数与基坐标系融合校准方法

通过对比校准输送链CountsPerMeter 参数方法和基坐标系校准方法，发现两者在操作步骤上存在相似之处，可以对重复的操作步骤进行融合，简化操作流程。

第一步，示教校准CountsPerMeter 参数和基坐标系所需的第一点：激活输送链指令后，启动输送链，执行等待连接工件坐标系指令。工件通过同步开关和0.0 m 位置后，停止输送链，把工件坐标切换到机器人固定坐标，把机器人末端示教至工件上方，校准针对准工件的特征点，记录示教器上机器人装置当前坐标值，并记录示教器上输送链装置坐标值。把工件坐标切换回与输送链关联的工件坐标，在校准基座选项的第一点上修改位置。这一步合并了校准CountsPerMeter 参数所需的第一点和校准基坐标系所需的第一点。

第二步，示教校准基坐标系所需的第二点：启动输送链，目测工件移动0.1～0.3 m 时，停止输送链，把机器人末端示教至工件上方，校准针对准工件的特征点，在校准基座选项的第二点上修改位置。这一步只针对基坐标系校准，不涉及CountsPerMeter参数的校准。

第三步，示教校准基坐标系所需的第三点：启动输送链，目测工件移动0.1～0.3 m 时，停止输送链，把机器人末端示教至工件上方，校准针对准工件的特征点，在校准基座选项的第三点上修改位置。这一步也是只针对基坐标系校准，不涉及CountsPerMeter 参数的校准。

第四步，示教校准基坐标系所需的第四点和CountsPerMeter 参数所需的第二点：启动输送链，目测工件移动0.1～0.3 m时，停止输送链，把机器人末端示教至工件上方，校准针对准工件的特征点。在校准基座选项的第四点上修改位置，基坐标系初步校准。切换工件坐标到机器人基坐标，记录示教器上机器人装置当前坐标值，记录示教器上输送链装置坐标值。这一步合并了校准基坐标系所需的第四点和校准CountsPerMeter 参数所需的第二点。

第五步，校准CountsPerMeter 参数：根据第一步和第四步中输送链装置坐标值计算两点间输送链距离，根据上述机器人装置坐标值计算两点间实际距离。由公式CountsPerMeter=输送链距离×初始值/实际距离计算参数，并输入机器人。

第六步，校准基坐标系：调用基坐标系调整程序，根据初校准的基坐标系和修正上述第一到第四步中，机器人末端四次对准工件上的特征点时输送链在校准CountPerMeter 参数后的坐标值，从而确定基坐标系。基坐标系调整程序，可开发成机器人系统例行程序。