隨便聊聊
最近接觸了庫卡的機(jī)器人，在上電的過程中，本想著需要確認(rèn)一下機(jī)器人各軸零點(diǎn)是否對齊，深入查看后才發(fā)現(xiàn)庫卡機(jī)器人并沒有各軸零點(diǎn)標(biāo)牌對齊一說，而是有一套專門的零點(diǎn)標(biāo)定工具叫做EMD。
理解下來，大致原理就是如果機(jī)器人機(jī)械零點(diǎn)丟失，客戶需要使用EMD標(biāo)定工具，工具有一支測頭，安裝到轉(zhuǎn)軸處。在軸轉(zhuǎn)動(dòng)的過程中，測頭會(huì)檢測到固定安裝在機(jī)器人各軸上的V形槽的位置，依次來確認(rèn)各軸零點(diǎn)位置。
發(fā)那科的零點(diǎn)標(biāo)定方法，則是目視各軸對齊刻度后記錄零點(diǎn)數(shù)據(jù)。當(dāng)然也有導(dǎo)入零點(diǎn)數(shù)據(jù)就可以恢復(fù)零點(diǎn)的情況，這種情況不在此深究；也有專門的夾具用于零點(diǎn)恢復(fù)，但我沒用過，也沒見別人使用過，也不在此深究。
實(shí)際使用過程中，在一些對精度要求較高的應(yīng)用中，零點(diǎn)數(shù)據(jù)丟失后，常規(guī)的全軸零點(diǎn)復(fù)歸方法，由于目視對齊刻度始終存在誤差的原因，實(shí)測零點(diǎn)復(fù)歸后并不能滿足精度要求，在零點(diǎn)復(fù)歸后還需要微調(diào)工藝軌跡，導(dǎo)致停產(chǎn)。
案例：2019年，寧波T公司，客戶1臺(tái)用于車門內(nèi)板雙組份密封膠涂膠的M-710iC/50機(jī)器人，由于本體電池電量耗盡導(dǎo)致零點(diǎn)丟失。使用全軸零點(diǎn)復(fù)歸方法重做零點(diǎn)后，發(fā)現(xiàn)涂膠軌跡存在偏差，多次嘗試后仍存在偏差，需臨時(shí)調(diào)整軌跡后恢復(fù)生產(chǎn)。
由此可見，標(biāo)準(zhǔn)的全軸零點(diǎn)復(fù)歸方法不能適用于所有場合，發(fā)那科全軸零點(diǎn)復(fù)歸的操作方法，在網(wǎng)上能夠找到比較標(biāo)準(zhǔn)的版本，在這兒也不再重復(fù)描述；編寫此文的目的，倒在于分享一下發(fā)那科機(jī)器人零點(diǎn)復(fù)歸背后的原理，以及對應(yīng)不同故障下的零點(diǎn)復(fù)歸方法。
先貼結(jié)論
1、單純對刻度的全軸零點(diǎn)復(fù)歸，可能會(huì)導(dǎo)致末端TCP高達(dá)10mm以上的位置誤差。
2、零點(diǎn)復(fù)歸精度：快速零點(diǎn)復(fù)歸 > 單軸零點(diǎn)復(fù)歸 > 全軸零點(diǎn)復(fù)歸。
3、全軸零點(diǎn)復(fù)歸后重做用戶坐標(biāo)系和工具坐標(biāo)系，也能恢復(fù)較高的軌跡精度，但前提是有固定安裝的用戶坐標(biāo)系支架和工具坐標(biāo)系指針。
4、零點(diǎn)丟失后重做零點(diǎn)，要保證精度的話，建議方法如下：
| 故障情況 | 應(yīng)對方法 |
|---|---|
| 本體/附加軸電池掉電 | 使用快速零點(diǎn)標(biāo)定方法進(jìn)行零點(diǎn)復(fù)歸。在此之前需要先設(shè)置快速零點(diǎn)參考位；或者將Master Count和Master Position輸入Reference Count和Reference Position作為參考數(shù)據(jù)（均為系統(tǒng)變量）。 |
| 控制柜電池掉電 | 導(dǎo)入Master文件或手動(dòng)輸入Master Count和Master Position。 |
| 單軸電機(jī)、減速機(jī)、編碼器拆卸更換 | 使用單軸零點(diǎn)標(biāo)定法，標(biāo)定后運(yùn)行軌跡查看偏差情況；然后分別向兩側(cè)以某個(gè)分度如0.05度進(jìn)給，進(jìn)行多次標(biāo)定，通過實(shí)際軌跡或者之前已經(jīng)做好的標(biāo)定點(diǎn)位偏差情況，判斷零點(diǎn)標(biāo)定是否OK。 |
一、測試項(xiàng)目
二、測試方法
① 在測試平臺(tái)上使用膠帶固定1根TCP針，設(shè)置如下所示的用戶坐標(biāo)系UF1，設(shè)置機(jī)器人手持筆尖的工具坐標(biāo)系UT1。
② 激活UF1、UT1，移動(dòng)手持筆尖與固定TCP針對齊，記錄下此時(shí)的位置為P[1]。
③ 重做零點(diǎn)標(biāo)定后，再次激活UF1、UT1，移動(dòng)手持筆尖與固定TCP針對齊（點(diǎn)位角度相同，即WPR值不變），記錄下此時(shí)的位置為P[2]，記錄下偏差位置Δ=P[1] - P[2]，假定重新標(biāo)定前為出廠精度，偏差值Δ即可表示再次零點(diǎn)標(biāo)定后的機(jī)器人運(yùn)動(dòng)偏差，作為零點(diǎn)復(fù)歸精度的評(píng)判指標(biāo)。
③ 使用同樣的方法測量其他項(xiàng)目，得到各種情況下零點(diǎn)標(biāo)定精度數(shù)據(jù)。
④ 分析測量數(shù)據(jù)，得出結(jié)論。
三、不同零點(diǎn)復(fù)歸方法精度測試
1、測試過程
控制柜斷電的情況下，將M-20iA機(jī)器人本體電池拆下，等待1min后再裝回，模擬本體電池掉電導(dǎo)致零點(diǎn)丟失的故障。
使用全軸零點(diǎn)方法進(jìn)行零點(diǎn)復(fù)歸操作后，再次運(yùn)行程序至P[1]點(diǎn)，如下圖所示，機(jī)器人到達(dá)的位置出現(xiàn)明顯偏差；再次嘗試后還是存在較大偏差。由此可見，單純靠各軸對刻度的全軸零點(diǎn)標(biāo)定方法，標(biāo)定精度較低。
2、測試數(shù)據(jù)
由于測試時(shí)間有限，每種情況僅測試1~2組數(shù)據(jù)，供參考。
3、測試結(jié)論
零點(diǎn)復(fù)歸精度：快速零點(diǎn)復(fù)歸 > 單軸零點(diǎn)復(fù)歸 > 全軸零點(diǎn)復(fù)歸。發(fā)那科機(jī)器人零點(diǎn)丟失后，單純地僅使用對刻度方式進(jìn)行全軸零點(diǎn)復(fù)歸，偏差較大為10mm左右，無法滿足某些高精度應(yīng)用的需求。
四、重做用戶及工具坐標(biāo)系測試
1、測試過程
全軸零點(diǎn)復(fù)歸后，重新使用3點(diǎn)法設(shè)置UF2及UT2，UF2及UT2的數(shù)值如下：
① 激活UF1與UT2，測試僅重做工具坐標(biāo)系的偏差；
② 激活UF2與UT1，測試僅重做用戶坐標(biāo)系的偏差；
③ 激活UF2與UT2，測試同時(shí)重做用戶及工具坐標(biāo)系的偏差；
2、測試數(shù)據(jù)
由于測試時(shí)間有限，每種情況僅測試1~2組數(shù)據(jù)，供參考。
3、測試結(jié)論
全軸零點(diǎn)復(fù)歸后，同時(shí)重做用戶及工具坐標(biāo)系，能夠滿足精度要求；僅重做用戶坐標(biāo)系或者僅重做工具坐標(biāo)系，都無法滿足精度要求。
但該方法在實(shí)際應(yīng)用時(shí)有一定難度，一方面作為用戶坐標(biāo)系標(biāo)記的坐標(biāo)系支架位置可能會(huì)發(fā)生變動(dòng)；另一方面某些應(yīng)用多采用直接輸入TCP方法，無法再次示教工具坐標(biāo)系。
因此實(shí)際應(yīng)用中，還是要靠保證零點(diǎn)復(fù)歸精度來保證軌跡精度。
五、FANUC機(jī)器人快速零點(diǎn)復(fù)歸原理研究
1、相關(guān)系統(tǒng)變量
使用系統(tǒng)變量得出，M-20iA機(jī)器人各軸編碼器分辨了為2e19 = 524288。
使用系統(tǒng)變量計(jì)算得出，M-20iA機(jī)器人及M-710iC/20L機(jī)器人的傳動(dòng)比如下。
2、FANUC機(jī)器人編碼器原理
增量式光電編碼器的特點(diǎn)是每產(chǎn)生一個(gè)輸出脈沖信號(hào)就對應(yīng)于一個(gè)增量位移，但是不能通過輸出脈沖區(qū)別出在哪個(gè)位置上的增量。
一般來說，增量式光電編碼器輸出A、B 兩相互差90°電度角的脈沖信號(hào)（即所謂的兩組正交輸出信號(hào)），從而可方便地判斷出旋轉(zhuǎn)方向。同時(shí)還有用作參考零位的Z 相標(biāo)志（指示）脈沖信號(hào)，碼盤每旋轉(zhuǎn)一周，只發(fā)出一個(gè)標(biāo)志信號(hào)。
硬件連接示意如下：
編碼器接口：
3、SRVO-075報(bào)警消除原理
現(xiàn)場實(shí)測SRVO-075報(bào)警消除原理如下：
① 本體編碼器電池掉電重啟后，各軸編碼器數(shù)據(jù)丟失，脈沖值恢復(fù)為0。但由于各軸重啟后輕微抖動(dòng)，各軸編碼器都有一個(gè)較小的脈沖值。
② 脈沖復(fù)位重啟后，JOINT坐標(biāo)下單獨(dú)點(diǎn)動(dòng)各個(gè)軸，軸單獨(dú)沿某個(gè)方向轉(zhuǎn)動(dòng)，此時(shí)可以看到，脈沖值緩慢增加。這個(gè)過程中嘗試復(fù)位報(bào)警發(fā)現(xiàn)無法復(fù)位掉SRVO-075報(bào)警。
③ 繼續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)，直到脈沖值突然變小，從0開始重新計(jì)數(shù)。此后嘗試復(fù)位報(bào)警，可以復(fù)位掉SRVO-075報(bào)警了，實(shí)測M-20iA機(jī)器人2軸轉(zhuǎn)動(dòng)1.7度左右，就能復(fù)位掉SRVO-075報(bào)警。
④ 整個(gè)過程原理如下圖所示，只有轉(zhuǎn)動(dòng)到Z相標(biāo)識(shí)位，編碼器才能確認(rèn)其參考位置，開始重新計(jì)數(shù)。
4、快速零點(diǎn)復(fù)歸原理
快速零點(diǎn)復(fù)歸原理如下圖所示，在電氣或軟件原因?qū)е铝泓c(diǎn)數(shù)據(jù)丟失時(shí)，如本體電池掉電導(dǎo)致零點(diǎn)數(shù)據(jù)丟失，編碼器能在半圈范圍內(nèi)糾正Master Count。
對于M-20iA機(jī)器人的1~3軸，電機(jī)轉(zhuǎn)1圈對應(yīng)軸轉(zhuǎn)動(dòng)2度以上，半圈即為1度，實(shí)測目視對刻度精度能保證在1度以內(nèi)，因此該方法具有實(shí)用價(jià)值。
現(xiàn)場快速零點(diǎn)復(fù)歸測試數(shù)據(jù)如下，驗(yàn)證與原理一致。
因此在非機(jī)械原因?qū)е铝泓c(diǎn)丟失時(shí)，快速零點(diǎn)復(fù)歸方法，能夠完全恢復(fù)初始零點(diǎn)標(biāo)定精度，避免軌跡調(diào)整工作量。文章來源：http://www.zghlxwxcb.cn/news/detail-487224.html
六、零點(diǎn)丟失故障應(yīng)對方法總結(jié)
| 故障情況 | 應(yīng)對方法 |
|---|---|
| 本體/附加軸電池掉電 | 使用快速零點(diǎn)標(biāo)定方法進(jìn)行零點(diǎn)復(fù)歸。在此之前需要先設(shè)置快速零點(diǎn)參考位；或者將Master Count和Master Position輸入Reference Count和Reference Position作為參考數(shù)據(jù)（均為系統(tǒng)變量）。 |
| 控制柜電池掉電 | 導(dǎo)入Master文件或手動(dòng)輸入Master Count和Master Position。 |
| 單軸電機(jī)、減速機(jī)、編碼器拆卸更換 | 使用單軸零點(diǎn)標(biāo)定法，標(biāo)定后運(yùn)行軌跡查看偏差情況；然后分別向兩側(cè)以某個(gè)分度如0.05度進(jìn)給，進(jìn)行多次標(biāo)定，通過實(shí)際軌跡或者之前已經(jīng)做好的標(biāo)定點(diǎn)位偏差情況，判斷零點(diǎn)標(biāo)定是否OK。 |
七、注意事項(xiàng)
① 不同的機(jī)器人型號(hào)，編碼器分辨率不一定相同。
② 大部分機(jī)器人2、3角度存在聯(lián)動(dòng)關(guān)系。
③ 某些型號(hào)機(jī)器人，5、6軸傳動(dòng)機(jī)構(gòu)存在聯(lián)動(dòng)關(guān)系，如M-20iA機(jī)器人，5軸單軸運(yùn)動(dòng)時(shí)，6軸編碼器數(shù)值也會(huì)發(fā)生變化。文章來源地址http://www.zghlxwxcb.cn/news/detail-487224.html
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