本发明专利技术提供一种基于超球面的编码器校准方法、装置及系统，所述方法包括：S1、获取机器人上电后的初始关节角度和初始姿态；S2、根据机器人的初始姿态，基于超球面搜索满足预设的搜索范围和预设的搜索条件的机器人姿态，将关节角度变化量最小的机器人姿态作为目标姿态；S3、规划机器人从初始姿态运动至目标姿态的速度曲线，根据球面线性插值获取机器人每个插补周期的姿态并据此获取各周期的关节插补量，机器人根据各周期的关节插补量运动至目标姿态，运动过程中对编码器的零位进行校准。本发明专利技术具体实施例的有益效果在于：机器人上电后自动实现编码器的零位校准，机器人末端的运动范围可控。控。控。
【技术实现步骤摘要】
一种基于超球面的编码器校准方法、装置及系统
[0001]本专利技术属于工业机器人
，特别是涉及一种基于超球面的编码器校准方法、装置及系统。
技术介绍
[0002]工业机器人包括传统的工业机器人和新型的协作机器人，机器人包括多个关节以作为其动力源，通过对关节运动的控制实现对机器人运动的控制。机器人关节设置有编码器，编码器能够检测关节角度信息。
[0003]通常来说，机器人自动存储有编码器的零位信息，但是，机器人自己存储的零位信息准确性不佳，需要进行校准。现有技术中，通过用户使用标定工装等方式可以实现对机器人编码器的零位校准，但操作较为复杂，尤其是针对大批量使用机器人的场景，将增加用户的时间成本。
技术实现思路
[0004]本专利技术的目的在于提供一种基于超球面的编码器校准方法、装置及系统，以解决现有技术中机器人的编码器存储的零位信息不准确的问题，实现对编码器零位的自动校准，同时保证校准过程中机器人末端的姿态变化范围可控。
[0005]为实现上述目标，本专利技术可采用如下技术方案：一种基于超球面的编码器校准方法，应用于机器人，包括如下步骤：S1、获取机器人上电后的初始关节角度和初始姿态；S2、根据机器人的初始姿态，基于超球面搜索满足预设的搜索范围和预设的搜索条件的机器人姿态，将关节角度变化量最小的机器人姿态作为目标姿态；S3、规划机器人从初始姿态运动至目标姿态的速度曲线，根据球面线性插值获取机器人每个插补周期的姿态并据此获取各周期的关节插补量，机器人根据各周期的关节插补量运动至目标姿态，运动过程中对编码器的零位进行校准。
[0006]进一步的，所述方法还包括：S4、完成编码器的零位校准后，控制机器人根据所述各周期的关节插补量从目标姿态回到初始姿态。
[0007]进一步的，步骤S2还包括：以初始姿态为中心，根据预设的跟随步长，基于超球面遍历搜索满足预设的搜索范围和预设的搜索条件的机器人姿态。
[0008]进一步的，步骤S2基于超球面搜索满足预设的搜索范围和预设的搜索条件的机器人姿态，将关节角度变化量最小的机器人姿态作为目标姿态包括：重复执行搜索满足预设的搜索范围和预设的搜索条件的机器人姿态，迭代更新关节角度变化量较小的机器人姿态作为目标姿态；当机器人的搜索范围超出预设的搜索范围时，停止搜索机器人姿态，确定目标姿态。
[0009]进一步的，机器人的编码器包括至少一个索引，关节旋转时检测编码器的索引以实现零位校准，所述预设的搜索条件为：机器人的关节旋转量不小于能够检测到索引所需的最大运动量。
[0010]进一步的，所述编码器包括N个索引，所述预设的搜索条件为：机器人的关节旋转角度大于或等于360/N度。
[0011]进一步的，所述预设的搜索范围根据机器人的末端姿态变化量确定，机器人的末端姿态变化量通过用户预先设定或通过机器人的默认参数配置。
[0012]进一步的，步骤S3将关节角度变化量最小的机器人姿态作为目标姿态包括：根据机器人姿态的逆运动学计算得到当前关节角度，根据当前关节角度和机器人的初始关节角度确定关节角度变化量，进而确定关节变化量最小的机器人姿态作为目标姿态。
[0013]本专利技术还可采用如下技术方案：一种基于超球面的编码器校准装置，应用于机器人，包括：获取单元，用于获取机器人上电后的初始关节角度和初始姿态；搜索单元，用于根据机器人的初始姿态，基于超球面搜索满足预设的搜索范围和预设的搜索条件的机器人姿态，将关节角度变化量最小的机器人姿态作为目标姿态；控制单元，用于规划机器人从初始姿态运动至目标姿态的速度曲线，根据球面线性插值获取机器人每个插补周期的姿态并据此获取各周期的关节插补量，机器人根据各周期的关节插补量运动至目标姿态，运动过程中对编码器的零位进行校准。
[0014]本专利技术还可采用如下技术方案：一种基于超球面的编码器校准系统，包括存储有计算机程序的计算机可读存储介质和处理器，所述计算机程序被所述处理器读取并运行时，实现如前文中任一项所述的基于超球面的编码器校准方法。
[0015]与现有技术相比，本专利技术具体实施方式的有益效果为：基于超球面遍历机器人的姿态，规划机器人初始姿态到目标姿态过程中关节角度变化量最小的路径，使得编码器零位校准过程中机器人末端的姿态变化量最小，同时能够实现自动的校准编码器的零位，易于操作。此外，基于超球面的姿态搜索，机器人在编码器零位校准的过程中，能够保证机器人末端的位置始终恒定。
附图说明
[0016]图1是本专利技术一个实施例的机器人的示意图
[0017]图2是本专利技术一个实施例的编码器校准方法的示意图
[0018]图3是本专利技术一个实施例的编码器校准方法的流程图
[0019]图4是本专利技术一个实施例的编码器校准装置的模块图
具体实施方式
[0020]为使本专利技术的技术方案更加清楚明了，下面将结合附图来描述本专利技术的实施例。应当理解的是，对实施方式的具体说明仅用于示教本领域技术人员如何实施本专利技术，而不是用于穷举本专利技术的所有可行方式，更不是用于限制本专利技术的具体实施范围。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都应属于本专利技术保护的范围。
[0021]本专利技术保护一种基于超球面的编码器校准方法，应用于机器人，参图1，图1示出了本申请一个实施例的机器人100结构的示意图，机器人100包括底座120、关节110和连杆130，关节110是机器人的连接件和动力源，关节110可用于连接连杆130、关节110和底座中120的任意两个，关节110包括电机、减速机等部件，关节的编码器可以检测关节的转动角度
以获取机器人的运动情况。机器人末端包括末端连接器，可以连接工具200以执行具体的操作。超球面，也称N维球面，是普通的球面在任意维度的推广，高于二维的球面称为超球面。机器人100的末端姿态，包括三个方向的转动信息，也即机器人的空间姿态是三维的向量，可以用四元数来表示机器人的空间姿态，将机器人的末端姿态对应于超球面上的点，则超球面上的任意一点代表一个姿态。
[0022]在本申请的一个实施例中，基于超球面的编码器校准方法可参图2，包括如下步骤：
[0023]S1、获取机器人上电后的初始关节角度和初始姿态；
[0024]S2、根据机器人的初始姿态，基于超球面搜索满足预设的搜索范围和预设的搜索条件的机器人姿态，将关节角度变化量最小的机器人姿态作为目标姿态；
[0025]S3、规划机器人从初始姿态运动至目标姿态的速度曲线，根据球面线性插值获取机器人每个插补周期的姿态并据此获取各周期的关节插补量，机器人根据各周期的关节插补量运动至目标姿态，运动过程中对编码器的零位进行校准。
[0026]针对步骤S1，机器人包括伺服电机，机器人上电后，通过伺服电机反馈的信息可以获知机器人的关节角度，根据机器人的各关节角度可以获知机器人的初始姿态。此时，机器人的关节处于制动状态，即机器人的关节不能发生旋转。
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【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种基于超球面的编码器校准方法，应用于机器人，其特征在于，包括如下步骤：S1、获取机器人上电后的初始关节角度和初始姿态；S2、根据机器人的初始姿态，基于超球面搜索满足预设的搜索范围和预设的搜索条件的机器人姿态，将关节角度变化量最小的机器人姿态作为目标姿态；S3、规划机器人从初始姿态运动至目标姿态的速度曲线，根据球面线性插值获取机器人每个插补周期的姿态并据此获取各周期的关节插补量，机器人根据各周期的关节插补量运动至目标姿态，运动过程中对编码器的零位进行校准。2.根据权利要求1所述的基于超球面的编码器校准方法，其特征在于，所述方法还包括：S4、完成编码器的零位校准后，控制机器人根据所述各周期的关节插补量从目标姿态回到初始姿态。3.根据权利要求1所述的基于超球面的编码器校准方法，其特征在于，步骤S2还包括：以初始姿态为中心，根据预设的跟随步长，基于超球面遍历搜索满足预设的搜索范围和预设的搜索条件的机器人姿态。4.根据权利要求1所述的基于超球面的编码器校准方法，其特征在于，步骤S2基于超球面搜索满足预设的搜索范围和预设的搜索条件的机器人姿态，将关节角度变化量最小的机器人姿态作为目标姿态包括：重复执行搜索满足预设的搜索范围和预设的搜索条件的机器人姿态，迭代更新关节角度变化量较小的机器人姿态作为目标姿态；当机器人的搜索范围超出预设的搜索范围时，停止搜索机器人姿态，确定目标姿态。5.根据权利要求1所述的基于超球面的编码器校准方法，其特征在于，机器人的编码器包括至少一个索引，关节旋转时检测编码器的索引以实现零位校准，所述预设的搜索条件为：机器人的关节旋转量不小于能...
【专利技术属性】
技术研发人员：田兆鹤，
申请(专利权)人：苏州艾利特机器人有限公司，
类型：发明
国别省市：
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