KUKA機器人零點校正與軌跡偏差分析

楊光祿 楊波 陶英宇 楊殿奎

摘 要：現代制造業中，自動化率運行設備越來越高，在自動生產過程中作為代替人類工作的機器人使用量逐步增大，高自動化率的生產是追求更高的生產效率，尤其是在汽車流水線生產中機器人的運用最為廣泛;因此機器人的穩定性，重復性，按照人類的要求來工作最為重要;本文通過在對KUKA機器人零點位置作為一個機械的高精度定位點，零點的精度決定著機器人的運行軌跡來分析、闡述機器人零點校正方式、負載等都對機器人軌跡的影響，以及機器人在運行過程中發生軌跡偏移的原因以及解決方法。

關鍵詞：軌跡偏移;快速排除故障;標準

1引言

KUKA機器人在重復性的工作中，軌跡的精度尤為重要，而零點位置是編程的參考基準，是偏量學習的基礎。有了高精度的零位，機器人的軌跡才會正常運行。

2機器人的投入運行

2.1 零點標定的原理

為了完全發揮工業機器人的工作效果，需要精確標定零點。 只有如此，機器人才能以它的重復精度和重復定位精度，并完全可以按編程設置的軌跡動作;零點標定就是為每個軸找到相應機械零位并把相應的位置保存在機器人系統里供機器人使用。 通過專用專用工具EMD進行校正，可為每一個在機械零點位置的軸指定一個基準[1]。如此就能夠使軸的機器位置和電氣位置保持一致，故每個軸都有一個獨一無二的角度值與之相對應。但確切位置在相同機器人類型中的有差別機器人之間是不一樣的。 校正零點時Quantec系列的機器人零點位置的角度值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。

2.2何時標定零點

在以下情況下必須進行零點標定：在安裝運行時，要對機器人進行零點校正才能運行程序[2]，機器人的軸人為搖動;機器人本體，如拆卸電機、齒輪箱等進行維修保養后，需要重新校正零點;機器人以高于 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

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

3 機器人軌跡發生偏移后與零點校正方式分析實驗

3.1故障現象

故障一：機器人工作時所有零點丟失，更換了RDC卡后，機器人未取下工具采用了初次校正，重新走軌跡時，機器人軌跡發生偏移，軌跡z軸方向偏移3mm左右，為了維持生產，優化了機器人軌跡。

故障分析：在機器人投入運行時，機器人在未安裝工具負載進行零點校正，安裝完工具以后編程直接投入，在零點丟失以后，帶上工具進行校正，減速器齒輪箱，連接臂在重力的作用下形變，導致校正完零位后，所有軌跡發生偏移。

故障二：機器人所帶多個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，機器人在工具臺上取件時軌跡發生變化，偏移方向不定，偏移距離大約有3mm左右，導致抓手定位銷不能進入工藝孔，無法抓取零件;屢次調試、優化機器人軌跡，優化完后軌跡再次發生偏移。

故障分析：在機器人投入運行時，機器人在未安裝工具負載進行零點校正，安裝完工具以后編程直接投入，未進行偏差學習，在零點丟失以后，帶上工具進行校正，導致校正完的零位有變化，再者該機器人使用多套不同工具，由于未進行相應工具的偏量學習，零位偏差補償值未保存，機器人沒有進行相應工具的力矩補償，所有軌跡發生偏移。

3.2實驗：

（1）下面我們以KUKA C2系列KR210型號機器人來實驗工具負載與不同的校正方式對機器人軌跡的影響。

（2）機器人不帶工具，用“標準”校正零點，編寫參考軌跡up1，參考點位置。

（3）機器人安裝上工具（131Kg焊鉗），運行參考軌跡up1，參考點位置偏移3mm左右，且方向不固定。

（4）機器人帶工具焊鉗，編寫參考軌跡up2，參考點;然后用“帶負荷修正的首次校正”校正零點，運行UP2參考點位置，軌跡偏差約3mm。

（5）機器人再不帶工具時進行“標準”校正零點，然后安裝工具焊鉗，編寫參考軌跡up3，參考點;然后用“標準”校正零點進行較零，運行UP3參考點位置，軌跡沒有偏移，如圖1。

3.3分析

通過上述實驗對于kuka機器人運行后發生軌跡偏移，由于機器人（未帶工具）由KUKA廠家采用“標準”校正零點進行零點校正，然后施工廠家安裝負載工具后直接進行編程（未進行偏量學習），導致機器人在丟失零點后重新校零軌跡會發生偏移。

4 結論：

對于機器人運行后發生軌跡偏移我們有兩種方法對其進行校零運用。（1）對于機器人自帶一種負載或者運行軌跡精度要求不高的機器人采用，投入運行模式調整選擇首次零點標定;（2）對多種負載或運行軌跡精度標準高的機器人[4];首先要在投入運行模式下進行測量，然后再初次零點標定;其次，帶上附屬設備以后對相應的負載進行偏量校正;投入運行下選擇帶負載零點進行負載零點標定帶偏移量，這樣就保證了不動負載下機器人通過偏量學習，控制器會補償不同的力矩，保證了軌跡的精度，防止了機器人軌跡的偏移。

參考文獻

[1]莊麗. 機器人系統中交流伺服電機控制研究. 制造業自動化， 2015， 37.7： 61-62.

[2]腰曉凱. 基于機器人群控技術的碼垛生產線控制系統. 電腦知識與技術： 學術交流， 2016， 8： 236-238.

[3]張立建; 胡瑞欽; 易旺民. 基于六維力傳感器的工業機器人末端負載受力感知研究. 自動化學報， 2017， 43.3： 439-447.

[4]史曉佳， et al. KUKA 工業機器人位姿測量與在線誤差補償. 機械工程學報， 2017， 53.8： 1-7.