发那科六轴工业机器人的零位校正方法.pdf

2023,61(12)总第7 12 期机械制造研究发发那科六轴工业机器人的零位校正方法周维纲盛辰皓上汽大众汽车有限公司上海201805摘要：发那科六轴工业机器人广泛应用于搬运、焊接、清洗等自动化制造领域，零位坐标系统是点位轨迹编程的基础。以发那科M710iC/70六轴工业机器人为例，在传统标志对合校正的基础上，结合实践经验，介绍了零位校正方法，包括单轴校正和快速校正，并给出了应用案例。关键词：机器人零位校正中图分类号：TP242.2文献标志码：A文章编号：10 0 0-49 9 8（2 0 2 3）12-0 0 0 4-0 4Abstract:FANUC six-axis industrial machine is widely used in automatic manufacturing fields such ashandling,welding,and cleaning,and the zero coordinate system is the basis for point trajectory programming.Taking the FANUC M710iC/70 six-axis industrial robot as an example,on the basis of traditional markalignment correction and combined with practical experience,the zero correction methods,including single-axis correction and fast correction,were introduced,and application cases were given.Keywords:RobotZeroCorrection1零位校正概述自19 5 4年美国戴沃尔最早提出工业机器人的概念以来，工业机器人不断发展，在工业生产线上已随处可见。发那科六轴工业机器人广泛应用于搬运、焊接、清洗等自动化制造领域。校正是使工业机器人的各轴角度和安装在各轴电机上的绝对值脉冲编码器的脉冲计数值对应起来的操作。具体来说，零位校正就是求取工业机器人零位时各轴脉冲计数值的操作。通过零位校正，使工业机器人的机械位置与电气控制同步，定义工业机器人的物理位置，建立起工业机器人的空间坐标系统。零位数据与其它用户数据一起保存在工业机器人控制器的存储器中，断电后，这些数据由主板电池维持保存。工业机器人各轴串行脉冲编码器的当前数据保留在脉冲编码器中，由工业机器人机构部的后备电池供电维持保存。工业机器人出厂时，已经进行了零位校正，所以在日常操作中不需要进行零位校正。但是发生下列情况时，就必须重新进行零位校正：机器人执行初始化启动引起暂存器被擦除等原因导致校正数据丢失；控制器互补金属氧化物半导体备用电池电压下降，导致校正数据丢失；脉冲编码器备用电池耗尽，导致脉冲记数丢失；机器人拆解维修，更换电机、断开编码器电源线等导致脉冲记数丢失；机器人机构部因为撞击导致角度偏移。2零位校正现状分析工业机器人在制造生产中已经大量被运用，但是在实际作业过程中也存在一些问题，如工业机器人长时间使用后精度下降，末端无法到达指定位置，零位丢失等。发那科工业机器人控制系统内置多种零位校正方法供用户使用，见表1。表1发那科工业机器人零位校正方法校正方法具体操作厂家使用专用检具，专用检具校正在出厂前进行各轴零位校正和标定，并在各轴划出相应的零位标志对合标志校正将各轴对合于零位标志，进行校正单轴校正针对每一轴进行校正校正位置设定在任意位置上，快速校正需提前设定好参考点输入校正数据直接输入各轴零位脉冲计数值上汽大众发动机厂采用发那科M-710iC/70工业机器人，大量应用于工件的搬运和清洗。工业机器人长期运行疲劳磨损后，不能满足原有的定位精度要求，需要更换相应的关节RV减速器。RV减速器是工业机器人关节的核心部件，也是目前在工业机器人关节中应用最为广泛的减速装置之一，由第一级渐开线52023,61(12)总第7 12 期机械制造研究发行星传动轮系和第一级摆线轮行星传动轮系串联而组成，具有体积小、传动比范围大、使用寿命长、效率高等特点，广泛应用于工业机器人、机床、航空航天等领域。对工业机器人进行零位校正，以使工业机器人机械零点的位置、姿态与电气控制系统的六轴关节零点角度相对应,是十分必要的。以往，零位校正主要采用发那科公司推荐和培训用户的对合标志校正，通过目视观察，使工业机器人各轴运行至各关节零位刻度线并对齐，在此状态下确定电气零点。在现实应用中，这一方法存在一些弊端。第一，恶劣工况,如清洗室潮湿高温的腐蚀影响，导致原有各关节刻度线模糊不清，无法辨识。第二，目视观察存在误差，精度低，不能满足箱体类零件一面两销的定位精度要求，往往会造成零件定位时出现干涉和卡滞。第三，新更换的关节RV减速器备件无零位刻度标记，只能在大致位置校正，误差很大。以上弊端最终导致工业机器人修理且零位校正之后,新的坐标系统与原有坐标系统不能精确重合，存在较大误差，使原有程序中的点位坐标数值不再适用，需要对原程序中所有轨迹点逐一进行复核和调整，确保精确定位和避免干涉。由此，整个调整时间非常长，无异于重新示教编程。以缸盖清洗机器人为例，一共涉及四种型号零件，每次工业机器人修理后的程序调整要花费超过40 h，严重影响维修速度与生产效率。通过对发那科工业机器人零位校正原理的研究和深刻理解，结合实践经验，在传统标志对合校正的基础上，总结单轴校正、快速校正的应用技巧和适用场合，从而能够实现更快速高效对工业机器人修理和调整，并在ROBOGUIDE软件中进行仿真验证。3单轴校正单轴校正对工业机器人每个轴进行校正，操作界面如图1所示。现在位置显示工业机器人各轴以角度为单位的当前数值。零度点位置指定校正位置，通常以指定0 位置为方便。对于需要校正的轴，将选择条目设定为1，然后开始执行校正。状态条目显示各轴的校正完成状态，2 代表校正已经完成。单轴校正从字面上很容易理解为对单个轴进行校正，在操作界面上也往往会理解为在零度点处进行校正。发那科公司在培训单轴校正模块设置时，也是针对单轴在零位刻度线处进行对合标志校正。其实，这里存在一个误区，单轴校正模块功能并不简单，它的真正意义和作用在于可以在用户设定的任意位置进行校正，也可以多轴同时进行校正。笔者认为，可以改变单轴校正的应用思路，选择在精确的机械参考点，如工件单轴零度点核对（MASTERING）30%1/9现在位置（零度点位置）选择状态J125.255（0.000)(0)2J225.550（0.000(0)2J3-50.000（0.000(0)2J412.500（0.000一(0)2J531.250（0.000(0)2J643.3820.000(0)2E10.000（0.000(0)2E20.000（0.000(0)2E30.000（0.000一(0)2群组执行图1单轴校正操作界面的定位抓取位置处进行校正，从而避免在零度位置进行目视对齐，提高校正精度和程序调整效率。以下介绍两个应用案例。（1）应用案例1。发那科工业机器人J，、J。关节RV减速器总成磨损失效，在修理更换后进行零位校正时，手动操作工业机器人运行至原程序工件定位抓取位置点，如图2 所示。以缸体定位抓取为例，缸体在暂存架上进行一面两销精定位，工业机器人末端带着夹具在夹取轨迹点与缸体也是一面两销精定位。在关节坐标系下，手动精确微调Js、J。关节角度，调整工业机器人的末端位姿，使与定位抓取位置点完全匹配。进人单轴校正模块设置，在操作界面零度点位置填人原程序在此定位抓取位置点的JJ。关节角度，在选择条目填写1,执行零位校正。系统将重新偏置计算Js、J。关节新零点，并且此零点与原程序完全适配。缸体夹具定位销定位销暂存架图2工件定位抓取位置点（2）应用案例2。工业机器人发生碰撞，末端夹具受损，即使经过整形或更换，也无法达到与原先一致的状态。此时，虽然工业机器人零位数据都未丢失，但是原程序已经无法与新夹具匹配。按照以往做法，会对原程序进行修改，对所有轨迹点重新逐一进行复核，调整时间很长。采用单轴校正的思路，以精确机械参考点为参照，将工业机器人运行至原程序工件定位抓62023,61(12)总第7 12 期机械制造研究发取位置点，调整工业机器人位姿，匹配定位抓取位置，然后在操作界面零度点位置填入所有六根轴在原程序此点位处的角度，执行校正。系统经过计算，对原零点系统进行偏置，产生新的零点系统，新的零点系统加上原程序就能与新夹具状态适配。这种方法可以基本保留原程序，只需要对一些关键点位进行复核，从而大幅减小原程序轨迹点位参数的修改量，显著提升工业机器人的调整效率。4快速校正快速校正是基于参考点的一种校正方法，工作原理本质上和单轴校正一致，都是基于某一机械参考位置，对工业机器人各轴的脉冲计数值进行偏置计算，从而确定新的零点系统。区别在于快速校正是整体六根轴一起偏置计算，而单轴校正可以具体到某一根轴。快速校正可以在任意位置进行，参考点在出厂时已被设定在零位。使用快速校正，需要用户提前设定一个快速校正参考点，一般应当选择可靠、精确、可重复的机械位置进行设定。在校正时，操作、调整工业机器人位姿到达参考点，进入快速校正界面执行校正。此时，系统根据参考点记录的各轴角度、编码器脉冲计数值、系统参数设定的每度脉冲计数值、当前各轴的脉冲计数值，计算各轴新的零位脉冲数。快速校正操作界面如图3 所示。MASTERING：零度点核对30%1专用夹具核对方式2零度点核对方式3快速核对方式4单轴核对方式5快速核对方式设定参考点6校准请按 ENTER键，或按数字键.类型载入脉冲置零完成图3快速校正操作界面以往工业机器人进行整体更换时，需要对各轴进行对合标志零位校正，目视对齐精度差，造成原程序轨迹点误差较大，而且操作费时费力，效率较低。在某些安装空间局促的场合下，工业机器人无法完全伸展，需要对适应空间进行调整，更是增大调整难度。此时可以采用快速校正方法，拆除工业机器人夹具、管路等附件，然后手动操作运行工业机器人至吊运位置和姿态，如图4所示。进人快速校正操作界面，选择第5 行设定快速校正参考点，参考点数据即被存储起来。记录各轴的当前角度，然后断电拆除。与此同时，将在后场等待安装的新工业机器人的各轴手动操作运行至记录的各角度，可以精确到小数点后三位，这样新旧工业机器人就拥有了同一个机械姿态。新工业机器人以同样的姿态进行吊运安装，安装时注意工业机器人底座正确定位。开机以后，进入快速校正操作界面，选择第3行,执行快速校正就可以了。此时，六根轴的零位同时计算确定，不再需要刻度线对合，这样大幅提高了安装效率,同时也提高了精度，可以为后续的程序调整节省时间。图4吊运位置和姿态5结束语笔者通过对发那科六轴工业机器人零位校正方法进行研究，利用零点偏置原理，快速恢复工业机器人的零点，将原来长时间的零位校正过程大幅缩短，并且每次零位校正的精度保持在0.0 3 mm以内。所介绍的零位校正方法既保证了维修调试的精度，又大幅缩短了调试时间，具有推广价值。参考文献1曹文祥，冯雪梅.工业机器人研究现状及发展趋势 J.机械制造,2 0 11,49(2)：41-43.2董威，倪受东，张琛焊接机器人笛卡尔空间轨迹规划研究 J.机械制造,2 0 19,5 7（4)：2 0-2 3,2 6.3张秀林。六关节机械臂的轨迹规划J.机械制造，2 0 2 1，59(3):69-72,92.4卢博文，宋雪萍，毕爱宾.RV减速器摆线针轮啮合间隙影响因素的分析 J.机械制造，2 0 19,5 7（11）：5 8-6 1.5王瑞，陈江义.RV减速器中摆线轮强度的有限元分析 J.机械制造,2 0 17,5 5(7):6 1-6 4.6胡冬益，娄军强，罗利敏，等.精密RV减速器输入齿轮轴振动分析 J.机械制造，2 0 2 1,5 9（2）：17-2 0,7 8.（下转第10 页）102023,61(12)总第7 12 期机械制造上接第6 页）罡编辑收稿时间.2 0 2 3-0 7A上接第3 页）OKOOKOOO岚）（编辑研究发表3叶片气弹阻尼铺层结果风速/一阶向一阶向一阶总二阶向二阶向二阶总(ms-1)后摆振前摆振体摆振后摆振前摆振体摆振110.029 70.022 210.020 60.025 10.005 6120.019 10.01780.01090.01600.03230.0041130.01670.01610.00950.01300.037 10.004 6140.016 50.01550.009 80.01190.040 60.007 2150.006 60.06750.004 30.02040.033 90.04929结束语为了高效优化叶片气弹阻尼，采用遗传算法对叶片扭转刚度进行选代寻优，以确定影响叶片气弹阻尼的敏感截面。根据寻优曲线，调整叶片结构铺层，使优化后的刚度分布包络寻优曲线，从而提高叶片气弹阻尼的优化效率。结果表明，通过遗传算法能够快速、准确地找到影响叶片气弹阻尼的敏感截面，实现叶片结构参数的精细化设计，从而优化叶片气弹阻尼。笔者的研究成果可以为风力发电机叶片的设计和优化提供有力支持。参考文献1王同光，田琳琳，钟伟，等.风能利用中的空气动力学研究进展I：风力机气动特性 J.空气动力学学报，2 0 2 2，40(4):1-21.2张兴伟，陈严.风力机大型化发展中的总体设计技术 J.新能源进展，2 0 13,1（3）：2 18-2 2 3.7贾玉坤，沈姝君.基于机器视觉技术的电梯内部缺陷监测预警系统 J.现代制造技术与装备,2 0 2 1,5 7（2）：5 8-5 9.8巫涛江，刘恩华，余晓毅，等.基于激光测距传感技术的电梯轿厢运行状态远程监测J.机械制造，2 0 2 1,5 9（9）：81-84.9王胜鹏，史凡跃，王铮，等.基于图像识别的电梯群控算法7王瑞，陈江义.RV减速器的优化设计 J.机械制造，2 0 17,55(9):34-37.8郭霜，周丹，程中甫.RV减速机行星架刚性盘组件精加工研究 J.机械制造，2 0 2 0,5 8（9）：6 7-6 9,8 3.9肖高.基于ROBOGUIDE软件的机器人离线编程研究 J.机械制造，2 0 2 1,5 9（12）：17-19,2 3.10徐海峰，华闰祺，计正寅.浅析工业机器人的坐标系统 J.能动全球工业机械制造,2 0 16,5 4(1):5 8-5 9.3黄鑫祥，郭小锋,齐剑峰。风力机叶片动态气弹变形及其对整机性能的影响 J可再生能源,2 0 2 0,3 8(7）：9 16-9 2 1.4CHEN C,ZHOU J-W,LI F M,et al.Stall-inducedVibrations Analysis and Mitigation of a Wind Turbine Rotorat Idling State:Theory and Experiment J.RenewableEnergy,2022,187:710-727.5田德，雷航，邓英，等基于模态阻尼比的风电叶片气弹特性研究 J.太阳能学报,2 0 14,3 5（11）：2 2 42-2 2 48.6王珑.大型风力机叶片多目标优化设计方法研究D.南京：南京航空航天大学，2 0 14.7王永志，张卫民，康传明，等。复合材料风力机叶片气动/结构一体化优化设计J太阳能学报，2 0 12,3 3（8）：1301 1306.8BURTONT.风能技术M.武鑫，译.北京：科学出版社，2007.9王明军.风电机组叶片气动弹性与颤振抑制 J.风能，2019(10):72-74.10张兰挺，邓海龙，佳佳，等.铺层参数对风力机叶片静态结构性能的影响分析 J.太阳能学报，2 0 14,3 5（6）：1059-1064.收稿时间：2 0 2 3-0 6作者简介：魏家星（19 8 9 一），男，工程师，主要研究方向为风力发电机叶片设计和数值仿真分析。研究 J.科学技术创新，2 0 2 1（10）：8 6-9 0.作者简介：王卫东（19 7 8 一），男，副教授，主要研究方向为产品设计与制造、产品质量检验与分析。收稿时间：2 0 2 3-0 6作者简介：周维纲（19 7 1一），男，高级工程师，主要研究方向为发动机制造设备维修、智能制造。（编辑丁罡）智创美好生活