機(jī)器人輸送鏈參數(shù)與基坐標(biāo)系校準(zhǔn)融合方法

李亞萍，劉春鵬，張黎燕，王云飛，杜全斌，侯守坡

（河南機(jī)電職業(yè)學(xué)院，河南鄭州 451191）

0 引言

工業(yè)機(jī)器人作為先進(jìn)制造業(yè)中不可替代的重要裝備和技術(shù)手段，已經(jīng)成為衡量一個(gè)國家制造業(yè)水平和科技水平的重要標(biāo)志。分揀機(jī)器人工作站因具有剛度高、速度快和柔性強(qiáng)的特點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于食品、電子、藥品和輕工等行業(yè)。在安裝調(diào)試分揀機(jī)器人的過程中，需要校準(zhǔn)輸送鏈CountsPerMeter參數(shù)，即輸送鏈每前進(jìn)1 m 控制器實(shí)際采集到的脈沖信號（Count）個(gè)數(shù)。CountsPerMeter 是用于計(jì)算輸送鏈行進(jìn)距離的參數(shù)，知道了每米采集到的脈沖個(gè)數(shù)，同時(shí)就能求出采集到N 個(gè)脈沖數(shù)時(shí)輸送鏈移動(dòng)了多少距離。編碼器只要將脈沖數(shù)傳遞給控制器，控制器就可以準(zhǔn)確計(jì)算出任意時(shí)間內(nèi)輸送鏈行進(jìn)的距離。

基坐標(biāo)系是以機(jī)器人安裝基座為基準(zhǔn)、用來描述機(jī)器人本體運(yùn)動(dòng)的直角坐標(biāo)系。任何機(jī)器人都離不開基坐標(biāo)系，基坐標(biāo)系也是機(jī)器人TCP 在三維空間運(yùn)動(dòng)空間所必需的基本坐標(biāo)系（面對機(jī)器人前后：X 軸，左右：Y 軸，上下：Z 軸）。

在校準(zhǔn)輸送鏈CountsPerMeter 參數(shù)時(shí)，也需要校準(zhǔn)基坐標(biāo)系。因?yàn)榛鴺?biāo)系影響輸送鏈的跟蹤精度。當(dāng)前，工程人員所采用的技術(shù)手段為首先分別開啟和停止輸送鏈2 次，同時(shí)校準(zhǔn)CountsPerMeter 參數(shù)。然后再分別開啟和停止輸送鏈4 次，校準(zhǔn)基坐標(biāo)系。兩步校準(zhǔn)操作方式在步驟上存在局部接近，調(diào)試過程不夠精煉，比較費(fèi)時(shí)。

1 校準(zhǔn)輸送鏈CountsPerMeter 參數(shù)方法

校準(zhǔn)CountsPerMeter 主要目的是讓機(jī)器人控制器能夠準(zhǔn)確知道輸送鏈行進(jìn)距離。通過測量計(jì)算CountsPerMeter的真實(shí)大小，并在示教器上設(shè)置此參數(shù)，來告訴機(jī)器人有關(guān)輸送鏈的相對位置數(shù)據(jù)。

啟動(dòng)輸送鏈，工件通過同步開關(guān)。

第一步，示教校準(zhǔn)CountsPerMeter 參數(shù)所需的第一點(diǎn)：停止輸送鏈，記錄示教器上輸送鏈裝置坐標(biāo)值。把機(jī)器人末端示教至工件上方，校準(zhǔn)針對準(zhǔn)工件的特征點(diǎn)，記錄示教器上機(jī)器人裝置的當(dāng)前坐標(biāo)值，機(jī)器人末端位置如圖1 所示。

圖1 機(jī)器人末端位置

第二步，示教校準(zhǔn)CountsPerMeter 參數(shù)所需的第二點(diǎn)：啟動(dòng)輸送鏈，目測工件移動(dòng)0.5～1.5 m 時(shí)，停止輸送鏈，記錄示教器上輸送鏈裝置坐標(biāo)值。把機(jī)器人末端示教至工件上方，校準(zhǔn)針對準(zhǔn)工件的特征點(diǎn)，機(jī)器人末端校準(zhǔn)值如圖2 所示，記錄示教器上機(jī)器人裝置當(dāng)前坐標(biāo)值。

圖2 機(jī)器人末端校準(zhǔn)值

第三步，校準(zhǔn)CountsPerMeter 參數(shù)：根據(jù)第一和第二步中輸送鏈裝置坐標(biāo)值計(jì)算出兩點(diǎn)間輸送鏈距離，再根據(jù)上述機(jī)器人裝置坐標(biāo)值計(jì)算兩點(diǎn)間實(shí)際距離。由公式CountsPerMeter=輸送鏈距離×初始值/實(shí)際距離，以此計(jì)算參數(shù)，并輸入工業(yè)機(jī)器人。

2 基坐標(biāo)系校準(zhǔn)方法

基坐標(biāo)系是設(shè)置在機(jī)器人基座中的坐標(biāo)系，坐標(biāo)原點(diǎn)一般為基座中心點(diǎn)。可以通過在基座標(biāo)X 軸、Y 軸、Z 軸上的位移和旋轉(zhuǎn)角來確定機(jī)器人末端法蘭或抓手的位置和姿態(tài)。

第一步，示教校準(zhǔn)基坐標(biāo)系所需的第一點(diǎn)：把工件坐標(biāo)切換到與輸送鏈關(guān)聯(lián)的工件坐標(biāo)，執(zhí)行激活輸送鏈指令后，啟動(dòng)輸送鏈。工件通過同步開關(guān)和0.0 m 位置后，等待連接工件坐標(biāo)系指令完成，停止輸送鏈。把機(jī)器人末端示教至工件上方，校準(zhǔn)針對準(zhǔn)工件的特征點(diǎn)，在校準(zhǔn)基座選項(xiàng)的第一點(diǎn)上修改位置。

第二步，示教校準(zhǔn)基坐標(biāo)系所需的第二點(diǎn)：啟動(dòng)輸送鏈，目測工件移動(dòng)0.1～0.3 m 時(shí)，停止輸送鏈，把機(jī)器人末端示教至工件上方，校準(zhǔn)針對準(zhǔn)工件的特征點(diǎn)，在校準(zhǔn)基座選項(xiàng)的第二點(diǎn)上修改位置。

第三步，示教校準(zhǔn)基坐標(biāo)系所需的第三點(diǎn)：啟動(dòng)輸送鏈，目測工件移動(dòng)0.1～0.3 m 時(shí)，停止輸送鏈。把機(jī)器人末端示教至工件上方，校準(zhǔn)針對準(zhǔn)工件的特征點(diǎn)，在校準(zhǔn)基座選項(xiàng)的第三點(diǎn)上修改位置。

第四步，示教校準(zhǔn)基坐標(biāo)系所需的第四點(diǎn)：啟動(dòng)輸送鏈，目測工件移動(dòng)0.1～0.3 m 時(shí)，停止輸送鏈。把機(jī)器人末端示教至工件上方，校準(zhǔn)針對準(zhǔn)工件的特征點(diǎn)，在校準(zhǔn)基座選項(xiàng)的第四點(diǎn)上修改位置。

第五步，校準(zhǔn)基坐標(biāo)系：確認(rèn)上述第一到第四步，即確認(rèn)機(jī)器人末端四次對準(zhǔn)工件上的特征點(diǎn)時(shí)，輸送鏈的坐標(biāo)值，從而確定基坐標(biāo)系。

3 輸送鏈CountsPerMeter 參數(shù)與基坐標(biāo)系融合校準(zhǔn)方法

通過對比校準(zhǔn)輸送鏈CountsPerMeter 參數(shù)方法和基坐標(biāo)系校準(zhǔn)方法，發(fā)現(xiàn)兩者在操作步驟上存在相似之處，可以對重復(fù)的操作步驟進(jìn)行融合，簡化操作流程。

第一步，示教校準(zhǔn)CountsPerMeter 參數(shù)和基坐標(biāo)系所需的第一點(diǎn)：激活輸送鏈指令后，啟動(dòng)輸送鏈，執(zhí)行等待連接工件坐標(biāo)系指令。工件通過同步開關(guān)和0.0 m 位置后，停止輸送鏈，把工件坐標(biāo)切換到機(jī)器人固定坐標(biāo)，把機(jī)器人末端示教至工件上方，校準(zhǔn)針對準(zhǔn)工件的特征點(diǎn)，記錄示教器上機(jī)器人裝置當(dāng)前坐標(biāo)值，并記錄示教器上輸送鏈裝置坐標(biāo)值。把工件坐標(biāo)切換回與輸送鏈關(guān)聯(lián)的工件坐標(biāo)，在校準(zhǔn)基座選項(xiàng)的第一點(diǎn)上修改位置。這一步合并了校準(zhǔn)CountsPerMeter 參數(shù)所需的第一點(diǎn)和校準(zhǔn)基坐標(biāo)系所需的第一點(diǎn)。

第二步，示教校準(zhǔn)基坐標(biāo)系所需的第二點(diǎn)：啟動(dòng)輸送鏈，目測工件移動(dòng)0.1～0.3 m 時(shí)，停止輸送鏈，把機(jī)器人末端示教至工件上方，校準(zhǔn)針對準(zhǔn)工件的特征點(diǎn)，在校準(zhǔn)基座選項(xiàng)的第二點(diǎn)上修改位置。這一步只針對基坐標(biāo)系校準(zhǔn)，不涉及CountsPerMeter參數(shù)的校準(zhǔn)。

第三步，示教校準(zhǔn)基坐標(biāo)系所需的第三點(diǎn)：啟動(dòng)輸送鏈，目測工件移動(dòng)0.1～0.3 m 時(shí)，停止輸送鏈，把機(jī)器人末端示教至工件上方，校準(zhǔn)針對準(zhǔn)工件的特征點(diǎn)，在校準(zhǔn)基座選項(xiàng)的第三點(diǎn)上修改位置。這一步也是只針對基坐標(biāo)系校準(zhǔn)，不涉及CountsPerMeter 參數(shù)的校準(zhǔn)。

第四步，示教校準(zhǔn)基坐標(biāo)系所需的第四點(diǎn)和CountsPerMeter 參數(shù)所需的第二點(diǎn)：啟動(dòng)輸送鏈，目測工件移動(dòng)0.1～0.3 m時(shí)，停止輸送鏈，把機(jī)器人末端示教至工件上方，校準(zhǔn)針對準(zhǔn)工件的特征點(diǎn)。在校準(zhǔn)基座選項(xiàng)的第四點(diǎn)上修改位置，基坐標(biāo)系初步校準(zhǔn)。切換工件坐標(biāo)到機(jī)器人基坐標(biāo)，記錄示教器上機(jī)器人裝置當(dāng)前坐標(biāo)值，記錄示教器上輸送鏈裝置坐標(biāo)值。這一步合并了校準(zhǔn)基坐標(biāo)系所需的第四點(diǎn)和校準(zhǔn)CountsPerMeter 參數(shù)所需的第二點(diǎn)。

第五步，校準(zhǔn)CountsPerMeter 參數(shù)：根據(jù)第一步和第四步中輸送鏈裝置坐標(biāo)值計(jì)算兩點(diǎn)間輸送鏈距離，根據(jù)上述機(jī)器人裝置坐標(biāo)值計(jì)算兩點(diǎn)間實(shí)際距離。由公式CountsPerMeter=輸送鏈距離×初始值/實(shí)際距離計(jì)算參數(shù)，并輸入機(jī)器人。

第六步，校準(zhǔn)基坐標(biāo)系：調(diào)用基坐標(biāo)系調(diào)整程序，根據(jù)初校準(zhǔn)的基坐標(biāo)系和修正上述第一到第四步中，機(jī)器人末端四次對準(zhǔn)工件上的特征點(diǎn)時(shí)輸送鏈在校準(zhǔn)CountPerMeter 參數(shù)后的坐標(biāo)值，從而確定基坐標(biāo)系。基坐標(biāo)系調(diào)整程序，可開發(fā)成機(jī)器人系統(tǒng)例行程序。

4 結(jié)束語

通過研究分揀機(jī)器人工作站輸送鏈CountsPerMeter 參數(shù)和基坐標(biāo)系校準(zhǔn)的方法，合并兩步校準(zhǔn)的部分操作，精煉了調(diào)試操作，克服了必須分別校準(zhǔn)的技術(shù)偏見。