基于工业机器人内部温度的定位精度补偿方法及其使用方法技术

本发明专利技术公开了一种基于工业机器人内部温度的定位精度补偿方法及其使用方法，使用方法包括：在工业机器人各轴电机处安装温度传感器，经数据分析后发送至控制器，实时将温度信息在机器人控制界面显示；运行温度低于或者高于设定的临界温度阈值时，利用末端TCP激光跟踪仪标定方法，在正常温态下执行示教动作，获取目标位姿点坐标值；当机器人内部温度低于或者高于临界阈值时，计算实际位姿点与目标位姿点偏差修正值，获得各种运动学参数受温度影响的变化量，建立机器人温度影响误差模型。本发明专利技术通过伺服电机控制器终端算法降低运行速度、补偿转动角度等，缓解环境温度和运行温度过低及过高对工业机器人定位精度及使用寿命造成的影响。

Positioning accuracy compensation method based on internal temperature of industrial robot and its application method

【技术实现步骤摘要】
基于工业机器人内部温度的定位精度补偿方法及其使用方法
本专利技术涉及工业机器人
，具体涉及一种基于工业机器人内部温度的定位精度补偿方法及其使用方法。
技术介绍
工业机器人的出现解放了人类的双手，可以代替人类进行连续重复劳动，通过设定程序连续运行完成既定的工作任务。同时，工业机器人应用在某些恶劣环境下更是发挥了无可比拟的作用。但是，工业机器人作为一种复杂的机械运动机构，其定位精度受到多种因素影响，当工业机器人在连续高速运行较长时间后，内部温度可达70℃以上。由于机器人本身密封等级较高，温度无法散发，高温会导致机器人连杆变型、关节膨胀，产生非常明显的定位误差，且对内部电子元器件造成影响，导致末端定位精度和驱动特性下降，降低使用寿命。而机器人运行环境温度过低时，且机器人未工作前，内部处于较低温度，各关节轴安装的减速机润滑油脂在低温下作用未能充分发挥，润滑效果下降，导致电机与减速机运转时出现带不动负载或者拖动负载较慢、运行异响等现象发生。因此运行温度对机器人定位精度影响不可忽视，亟待寻求一种根据温度变化，对定位精度进行动态补偿的方法。目前，针对工业机器人精度补偿技术中通过专利技术一种工业机器人控制系统，通过PLC模块分别与控制终端和工业机器人通信连接，通过控制终端上位机组态软件发送指令至PLC模块，通过激光跟踪仪与控制器通信采集工业机器人实际位姿信息，利用控制算法进行精度补偿以达到较高的位姿精度，但是未能考虑温度对定位精度的影响。另外，现有技术中通过在数字孪生建模软件中构建机器人数字孪生模型，和被加工件模型，通过三点定位保证二者的相对位置精度。将仿真软件和机器人控制器建立连接，通过机器人编码器实时采集机器人的关节角度，利用孪生模型对实体监控，并通过与目标关节角的对比进行实时的关节角调整。但通过计算机动态模拟参数存在精度低、误差大等问题。现有的在线动态温度误差补偿技术是通过在工业机器人加工基座附近安装温度校准球，同时机器人工作过程中带动末端视觉传感器对温度校准球上的基准孔进行测量。但该方法利用视觉传感器容易存在视觉遮挡和盲区，且定位精度较低。
技术实现思路
专利技术目的：为了克服现有技术的不足，本专利技术提供一种基于工业机器人内部温度的定位精度补偿方法，该方法可以解决现有的温度误差补偿技术的精度低和误差大的问题，本专利技术还提供一种该定位精度补偿方法在工业机器人上的具体使用方法。技术方案：一方面，本专利技术所述的基于工业机器人内部温度的定位精度补偿方法，所述工业机器人为六轴机器人，该方法包括：S1在机器人的一个工序中，设定六轴机器人的正常温度范围，选定空间N个TCP点位，作为目标位姿测量点，六轴机器人在正常温度范围下，机器人TCP目标位姿测量点i在激光跟踪仪坐标系下的坐标Pzji，以及六轴机器人在异常温态下机器人TCP目标位姿测量点i在激光跟踪仪坐标系下的坐标Pyji，其中，1≤i≤N；S2所述六轴机器人在正常温度状态下，机器人TCP目标位姿测量点i在机器人基坐标下的坐标为Pzi，以及在异常温态下，机器人TCP目标位姿测量点i在机器人基坐标下的坐标Pyi；Pzi＝T(X,θi)·H·PzjiPyi＝T(X,θi)·H·Pyji其中，T(X,θ)为运动学模型，X为机器人几何结构参数，θi为第i个TCP目标位姿测量点处各关节轴的旋转角度；H为机器人基坐标与激光跟踪仪坐标转换关系；S3在异常温态下，由于温度效应，所述六轴机器人在示教运动到同一关节角度时，机器人TCP的位姿存在微小变化，即实际值Pzi≠Pyi；在异常温态下，实际的机器人运行学模型参数为T'(X+ΔX,θ+Δθ)，此时在机器人基坐标下的实际对应坐标为：Pyi'＝Pyi＝T'·H·PyjiS4建立机器人温度误差补偿模型：Pzi-Pyi＝Pzi-Pyi'＝T·H·Pzji-T'·H·PyjiS5根据误差补偿模型获得所述运动学模型参数误差ΔX、Δθ，修正六轴机器人示教轨迹目标点至正常温态位置，进而更新正常温态下目标位姿测量点在机器人基坐标下的坐标；S6六轴机器人进入下一个工作循环，以该关节位姿参数继续进行运动，并重复步骤1～5。进一步地，包括：所述六轴机器人的正常温度范围为六轴机器人各个关节轴内部的电机温度均在正常温度范围。进一步地，包括：所述六轴机器人各个关节轴内部电机处均安装温度传感器。另一方面，本专利技术还提供一种上述基于工业机器人内部温度的定位精度补偿方法的使用方法，包括：步骤1、当六轴机器人电源接通时，由各个关节轴上的温度传感器传输当前各轴电机温度信息至控制器，控制器对当前温度值与规定的低温临界阈值和高温临界阈值进行比较；步骤2、若温度值低于最低临界阈值时，自动报警，通过显示屏弹窗提示，所述控制器使低温电机以比通常转速慢的转速旋转，并采用所述的基于工业机器人内部温度的定位精度补偿方法进行精度补偿；否则，若当机器人连续高速运转较长时间，运行温度高于设定的临界温度阈值时，自动报警，通过显示屏弹窗提示，并采用所述的基于工业机器人内部温度的定位精度补偿方法进行精度补偿。进一步地，包括：所述控制器与各个关节轴内部的电机以及温度传感器连接。进一步地，包括：所述显示屏与控制器相连。有益效果：本专利技术与现有技术相比，其显著优点是：本专利技术利用运动学模型和研究温度对工业机器人的影响，设置了定位精度补偿方法，提高了精度补偿的精度，降低了误差，能够根据作业环境和实际运行温度对机器人精度进行补偿，提高作业精度和作业质量，延长机器人的使用寿命。附图说明图1为工业机器人温度传感器贴附示意图；图2为基于温度的工业机器人控制器精度补偿方法流程图；图3为工业机器人和控制器的连接结构图；图4为工业机器人及激光跟踪仪坐标系示意图。具体实施方式如图1所示，本专利技术实用的工业机器人为六轴机器人21，其从下到上关节轴为J1～J6，第一轴：第一轴是链接底盘的位置，也是承重和核心位置，它承载着整个机器人的重量和机器人左右水平的大幅度摆动。第二轴：控制机器人前后摆动、伸缩的重要一轴。第三轴：三轴也是控制机器人前后摆动的一轴，不过摆动幅度比第二轴要小很多。第四轴：四轴是控制上臂部分180°自由旋转的一轴，相当于人的小臂。第五轴：第五轴很重要，当差不多调好位置后，精准定位到产品上，就要用到第五轴，相当于人手腕部分。第六轴：将第五轴定位到产品上之后，需要一些微小的改动，就需要用到第六轴，第六轴相当于可以水平360°旋转的一个转盘。可以更精确定位到产品。六个关节轴内部设有伺服电机，伺服电机具体为图1中的1、5、7、10、13、16，伺服电机1、5、7、10、13、16与设置在各关节轴的减速机3、6、11、12、17、18传动连接，并与控制箱内控制器22连接通讯。在减速机3、6、11、12、17、18内部，将润滑脂用于齿轮或轴承的润滑剂。在本实施方式中，在减速机3、本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于工业机器人内部温度的定位精度补偿方法，所述工业机器人为六轴机器人，其特征在于，该方法包括：/nS1在机器人的一个工序中，设定六轴机器人的正常温度范围，选定空间N个TCP点位，作为目标位姿测量点，六轴机器人在正常温度范围下，机器人TCP目标位姿测量点i在激光跟踪仪坐标系下的坐标P

【技术特征摘要】
1.一种基于工业机器人内部温度的定位精度补偿方法，所述工业机器人为六轴机器人，其特征在于，该方法包括：
S1在机器人的一个工序中，设定六轴机器人的正常温度范围，选定空间N个TCP点位，作为目标位姿测量点，六轴机器人在正常温度范围下，机器人TCP目标位姿测量点i在激光跟踪仪坐标系下的坐标Pzji，以及六轴机器人在异常温态下机器人TCP目标位姿测量点i在激光跟踪仪坐标系下的坐标Pyji，其中，1≤i≤N；
S2所述六轴机器人在正常温度状态下，机器人TCP目标位姿测量点i在机器人基坐标下的坐标为Pzi，以及在异常温态下，机器人TCP目标位姿测量点i在机器人基坐标下的坐标Pyi；
Pzi＝T(X,θi)·H·Pzji
Pyi＝T(X,θi)·H·Pyji
其中，T(X,θ)为运动学模型，X为机器人几何结构参数，θi为第i个TCP目标位姿测量点处各关节轴的旋转角度；H为机器人基坐标与激光跟踪仪坐标转换关系；
S3在异常温态下，由于温度效应，所述六轴机器人在示教运动到同一关节角度时，机器人TCP的位姿存在微小变化，即实际值Pzi≠Pyi；在异常温态下，实际的机器人运行学模型参数为T'(X+ΔX,θ+Δθ)，此时在机器人基坐标下的实际对应坐标为：
Pyi'＝Pyi＝T'·H·Pyji
S4建立机器人温度误差补偿模型：
Pzi-Pyi＝Pzi-Pyi'＝T·H·Pzji-T'·H·Pyji
S5根据所述误差补偿模型获得所述运动学模型参数误差ΔX、Δθ，修正六轴机器人示教轨迹...

【专利技术属性】
技术研发人员：孟一猛，丁朝景，何杏兴，王富林，李新安，殷杰，王沛文，甄文臣，
申请(专利权)人：南京熊猫电子股份有限公司，南京熊猫电子装备有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32