KUKA機(jī)器人零點(diǎn)校正與軌跡偏差分析

楊光祿 楊波 陶英宇 楊殿奎

摘 要：現(xiàn)代制造業(yè)中，自動(dòng)化率運(yùn)行設(shè)備越來越高，在自動(dòng)生產(chǎn)過程中作為代替人類工作的機(jī)器人使用量逐步增大，高自動(dòng)化率的生產(chǎn)是追求更高的生產(chǎn)效率，尤其是在汽車流水線生產(chǎn)中機(jī)器人的運(yùn)用最為廣泛;因此機(jī)器人的穩(wěn)定性，重復(fù)性，按照人類的要求來工作最為重要;本文通過在對KUKA機(jī)器人零點(diǎn)位置作為一個(gè)機(jī)械的高精度定位點(diǎn)，零點(diǎn)的精度決定著機(jī)器人的運(yùn)行軌跡來分析、闡述機(jī)器人零點(diǎn)校正方式、負(fù)載等都對機(jī)器人軌跡的影響，以及機(jī)器人在運(yùn)行過程中發(fā)生軌跡偏移的原因以及解決方法。

關(guān)鍵詞：軌跡偏移;快速排除故障;標(biāo)準(zhǔn)

1引言

KUKA機(jī)器人在重復(fù)性的工作中，軌跡的精度尤為重要，而零點(diǎn)位置是編程的參考基準(zhǔn)，是偏量學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)。有了高精度的零位，機(jī)器人的軌跡才會(huì)正常運(yùn)行。

2機(jī)器人的投入運(yùn)行

2.1 零點(diǎn)標(biāo)定的原理

為了完全發(fā)揮工業(yè)機(jī)器人的工作效果，需要精確標(biāo)定零點(diǎn)。 只有如此，機(jī)器人才能以它的重復(fù)精度和重復(fù)定位精度，并完全可以按編程設(shè)置的軌跡動(dòng)作;零點(diǎn)標(biāo)定就是為每個(gè)軸找到相應(yīng)機(jī)械零位并把相應(yīng)的位置保存在機(jī)器人系統(tǒng)里供機(jī)器人使用。 通過專用專用工具EMD進(jìn)行校正，可為每一個(gè)在機(jī)械零點(diǎn)位置的軸指定一個(gè)基準(zhǔn)[1]。如此就能夠使軸的機(jī)器位置和電氣位置保持一致，故每個(gè)軸都有一個(gè)獨(dú)一無二的角度值與之相對應(yīng)。但確切位置在相同機(jī)器人類型中的有差別機(jī)器人之間是不一樣的。 校正零點(diǎn)時(shí)Quantec系列的機(jī)器人零點(diǎn)位置的角度值1軸 -18°，2軸 -118°，3軸 +122°，4軸A2°，5軸 2°，6軸 2°就可以校正零點(diǎn)。

2.2何時(shí)標(biāo)定零點(diǎn)

在以下情況下必須進(jìn)行零點(diǎn)標(biāo)定：在安裝運(yùn)行時(shí)，要對機(jī)器人進(jìn)行零點(diǎn)校正才能運(yùn)行程序[2]，機(jī)器人的軸人為搖動(dòng);機(jī)器人本體，如拆卸電機(jī)、齒輪箱等進(jìn)行維修保養(yǎng)后，需要重新校正零點(diǎn);機(jī)器人以高于 250 mm/s 的速度和干涉物體碰撞后。

2.3 各種校正方法和作用

初次校正是用在機(jī)器人初次投入使用時(shí)，讓機(jī)器人識(shí)別并保存機(jī)械零位，為以后的偏差學(xué)習(xí)和負(fù)載校正做基礎(chǔ)。當(dāng)機(jī)器人帶上負(fù)載以后，機(jī)器人變速器、連接臂會(huì)受負(fù)載的影響而發(fā)生形變。 由于連接臂、減速器齒輪箱等材料發(fā)生形變，安裝了工具負(fù)載的機(jī)器人和未安裝工具負(fù)載的機(jī)器人位置上會(huì)有所區(qū)別，從而影響機(jī)器人的精度，軌跡發(fā)生偏移。偏差學(xué)習(xí)，就是在機(jī)器人帶上附屬設(shè)備以后，用相應(yīng)程序里的工具號進(jìn)行偏差學(xué)習(xí)重新校零，通過和初次校零前后對比，計(jì)算并保存兩次校零的偏差值，這樣機(jī)器人就能識(shí)別出帶上工具和未帶上工具位置的變化，通過補(bǔ)償這偏差值從而保證軌跡的精度。負(fù)載校正，機(jī)器人帶上工具以后，如果零點(diǎn)丟失了需要重新零點(diǎn)校正時(shí)，如果采用初次校正，需要拆卸負(fù)載工具，這樣校零才準(zhǔn)確，但是這樣拆卸工具后機(jī)器人的工具中心位置會(huì)發(fā)生變化，從而導(dǎo)致軌跡偏移。因此負(fù)載校正，就是在機(jī)器人工具安裝完畢之后，再進(jìn)行零點(diǎn)校正的工作[3]。但之后重新再次標(biāo)定或者查看零點(diǎn)時(shí)，要保證必須使用同一工具，附屬設(shè)備保持一致以后零點(diǎn)校正就保持一致，從而保證軌跡精度。

3 機(jī)器人軌跡發(fā)生偏移后與零點(diǎn)校正方式分析實(shí)驗(yàn)

3.1故障現(xiàn)象

故障一：機(jī)器人工作時(shí)所有零點(diǎn)丟失，更換了RDC卡后，機(jī)器人未取下工具采用了初次校正，重新走軌跡時(shí)，機(jī)器人軌跡發(fā)生偏移，軌跡z軸方向偏移3mm左右，為了維持生產(chǎn)，優(yōu)化了機(jī)器人軌跡。

故障分析：在機(jī)器人投入運(yùn)行時(shí)，機(jī)器人在未安裝工具負(fù)載進(jìn)行零點(diǎn)校正，安裝完工具以后編程直接投入，在零點(diǎn)丟失以后，帶上工具進(jìn)行校正，減速器齒輪箱，連接臂在重力的作用下形變，導(dǎo)致校正完零位后，所有軌跡發(fā)生偏移。

故障二：機(jī)器人所帶多個(gè)不同重量的工具抓手，抓手之間的重量差距有150kg，分別抓取不同車型的零件，機(jī)器人在工具臺(tái)上取件時(shí)軌跡發(fā)生變化，偏移方向不定，偏移距離大約有3mm左右，導(dǎo)致抓手定位銷不能進(jìn)入工藝孔，無法抓取零件;屢次調(diào)試、優(yōu)化機(jī)器人軌跡，優(yōu)化完后軌跡再次發(fā)生偏移。

故障分析：在機(jī)器人投入運(yùn)行時(shí)，機(jī)器人在未安裝工具負(fù)載進(jìn)行零點(diǎn)校正，安裝完工具以后編程直接投入，未進(jìn)行偏差學(xué)習(xí)，在零點(diǎn)丟失以后，帶上工具進(jìn)行校正，導(dǎo)致校正完的零位有變化，再者該機(jī)器人使用多套不同工具，由于未進(jìn)行相應(yīng)工具的偏量學(xué)習(xí)，零位偏差補(bǔ)償值未保存，機(jī)器人沒有進(jìn)行相應(yīng)工具的力矩補(bǔ)償，所有軌跡發(fā)生偏移。

3.2實(shí)驗(yàn)：

（1）下面我們以KUKA C2系列KR210型號機(jī)器人來實(shí)驗(yàn)工具負(fù)載與不同的校正方式對機(jī)器人軌跡的影響。

（2）機(jī)器人不帶工具，用“標(biāo)準(zhǔn)”校正零點(diǎn)，編寫參考軌跡up1，參考點(diǎn)位置。

（3）機(jī)器人安裝上工具（131Kg焊鉗），運(yùn)行參考軌跡up1，參考點(diǎn)位置偏移3mm左右，且方向不固定。

（4）機(jī)器人帶工具焊鉗，編寫參考軌跡up2，參考點(diǎn);然后用“帶負(fù)荷修正的首次校正”校正零點(diǎn)，運(yùn)行UP2參考點(diǎn)位置，軌跡偏差約3mm。

（5）機(jī)器人再不帶工具時(shí)進(jìn)行“標(biāo)準(zhǔn)”校正零點(diǎn)，然后安裝工具焊鉗，編寫參考軌跡up3，參考點(diǎn);然后用“標(biāo)準(zhǔn)”校正零點(diǎn)進(jìn)行較零，運(yùn)行UP3參考點(diǎn)位置，軌跡沒有偏移，如圖1。

3.3分析

通過上述實(shí)驗(yàn)對于kuka機(jī)器人運(yùn)行后發(fā)生軌跡偏移，由于機(jī)器人（未帶工具）由KUKA廠家采用“標(biāo)準(zhǔn)”校正零點(diǎn)進(jìn)行零點(diǎn)校正，然后施工廠家安裝負(fù)載工具后直接進(jìn)行編程（未進(jìn)行偏量學(xué)習(xí)），導(dǎo)致機(jī)器人在丟失零點(diǎn)后重新校零軌跡會(huì)發(fā)生偏移。

4 結(jié)論：

對于機(jī)器人運(yùn)行后發(fā)生軌跡偏移我們有兩種方法對其進(jìn)行校零運(yùn)用。（1）對于機(jī)器人自帶一種負(fù)載或者運(yùn)行軌跡精度要求不高的機(jī)器人采用，投入運(yùn)行模式調(diào)整選擇首次零點(diǎn)標(biāo)定;（2）對多種負(fù)載或運(yùn)行軌跡精度標(biāo)準(zhǔn)高的機(jī)器人[4];首先要在投入運(yùn)行模式下進(jìn)行測量，然后再初次零點(diǎn)標(biāo)定;其次，帶上附屬設(shè)備以后對相應(yīng)的負(fù)載進(jìn)行偏量校正;投入運(yùn)行下選擇帶負(fù)載零點(diǎn)進(jìn)行負(fù)載零點(diǎn)標(biāo)定帶偏移量，這樣就保證了不動(dòng)負(fù)載下機(jī)器人通過偏量學(xué)習(xí)，控制器會(huì)補(bǔ)償不同的力矩，保證了軌跡的精度，防止了機(jī)器人軌跡的偏移。

參考文獻(xiàn)

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