浅谈工业机器人的运动停止

如果 IRC5 还保持这样的结构，那么上面推测自动刹车测试的过程就不能成立了

用于工业机器人位置检测的旋转变压器 – Resolver

Posted by LT on 2011/10/01 Leave a comment (0)Go to comments

工业机器人使用的伺服电机中有一种部件，用于检测电机的角位移，称之为旋转变压器 (Resolver)。图片中是ABB工业机器人常用的伺服电机中使用的一种旋转变压器，型号 TS2640N141E172 。关于旋转变压器具体怎么使用，这里不讨论，这里 LT 只想讨论与工业机器人实际使用过程中相关的话题，那就是机械零点同步。

左边的是定子，右边的是转子，旋转变压器的定子安装固定在电机的壳体(定子)上，转子固定在电机轴上，与电机转子一起转动。独特的设计，可以使转子做到无刷结构。在上篇文章《工业机器人的运动停止-刹车测试》里，LT 曾贴出一个伺服电机的剖面图(link)，从中可以了解其安装结构。

在 LT 接触工业机器人时间不是很长的时候，写过一篇日志《机械零点和同步》，这篇文章更多谈的是机械零点的同步，而不是校准。而@于仁颇黎的一篇文章《零位校准》则是机械零点的校准。机械零点的校准，是任何一个机器人出厂前要做的工作，这个话题可参考@于仁颇黎的文章。而机械零点的同步则是用户使用过程中有时候需要进行的操作。 问题一：为什么需要机械零点的同步呢？

这个问题就和开头提到的旋转变压器有关。因为旋转变压器组成的编码器系统只能检测旋转变压器转子一个圈内的位置，即0度~360度。当机器人各轴位于机械零点时，系统记录的旋转变压器转子的圈数为0，当旋转变压器转子进入第二圈后，又开始从0度起步，这个时候系统就要进行一次计数，计数为1。当某种原因，系统不知道旋转变压器已经转了几圈了，这个时候控制器就要发出信息: 我不知道你转几圈了! 从而发生机械零点同步丢失的情况。机器人使用者需要进行的操作就是手动把机器人各轴移动到机械零点标识处，重新同步。ABB的称之为 Revolution Counter Update（转数计数器更新)。

我们来想象一下，假如机器人某个轴要在300度范围内转动，再假设减速系统的减速比是100 ( 请查找 RV减速器的减速比 )，那么电机就需要转动300*100=30000度，相当于

30000/360=83圈多。如果换成绝对值编码器，只要范围合适，就不存在同步的问题。但是，为什么不采用绝对值编码器呢？ 这个问题请自行思考。

问题二：在@于仁颇黎的文章里提到 “将机器人的各个关节移动到零位附近的一定位置内,内部程序就会自动将其校准到正确的零位” 或者 也许你也听某人说过同步时机械零位对准的误差范围可以在3度之内。这又是怎么回事呢？

还是和旋变编码器有关，因为系统可以读出旋转变压器的转子在一圈之内的度数，即0~360度，360度的范围经过减速系统的变速比后，旋转变压器转动一圈，机器人的轴转动360/100=3.6度（假设变速比为100），只要在一圈内，同步时，系统都会认为是第0圈，就是这么回事。如果同步时，零位对准的偏差范围落到了旋转变压器转的第二圈里，那就会产生误差了。 思考:

1、如果变速比越大, 那么做零点同步时允许的误差就越小。 2、如果有不同的负载 ，那么对做零点同步有何影响呢？ 机械零点和同步

ABB和KUKA的工业机器人都有机械零点同步这一步骤，然而，kuka的同步似乎要方便准确很多，因为 KUKA有自动化的工具EMT 。现场工作环境因素的不确定，常常导致机械零点同步丢失，不得不将机器人本体各关节恢复到机械零点位置，然后更新同步。ABB工业机器人的机械零点同步操作很是不方便，需要用肉眼瞅着来做，在不在零点与否，取决于6个轴的标记是否对正，全凭肉眼辨别。kuka的就可以用电子调零EMT来取代人工这一环节。

ABB的这种方式，导致很多维护问题：

1、机械零点同步操作困难。如果机器人现场摆放位置不利，比如高台，调零就是一个苦差事，爬上爬下。

2、导致点位偏移。为什么这么说呢，机械零点同步不总是一个人做的，调点也不总是一个人做的，如果某次由于意外，丢失了机械零点，重新同步，可能与上次的标记位不一致，直接导致更新同步后，点位发生偏差。

所以，如果要进行一些丢失机械零点同步的工作前，如果空间允许，一定要先走到零位。

零位校准

发表于 09/26/2007, 星期三 由 于仁颇黎｜作者：于仁颇黎

零位校准其实应该算是一个测量用语，就是在一个测量议器使用前，必须通过一系列的操作来使仪器的实际输出值与实测值之间的误差减到最小。

在实际工业应用中，机器的运行也有零位的调整，特别是对于精密的多轴机械，比如工业机器人，机床等，在正式生产中，也要调整机器的零位以使机器人输出值与各个轴的实际值的误差减为最小。

机器人的运动控制中，有一个叫做轨迹生成的模块，来生成机器人运动的轨迹，而这个轨迹的生成，是根据机器人模型来生成最终的运行轨迹的，对一台已经安装调试完毕的六轴工业机器人来说，这个模型是不变的。 但是，当更换了工业机器人的某个运动的重要零部件（比如马达，减速器，编码器等等），机器人发生的严重的碰撞，或者长时间不用的话，这是就有可能会导致 机器人零位的不准或者丢失，这时就必须要去重新校准各个轴的零位以保证机器人运行的精确的重复精度，特别是对于一些高精尖的加工应用，比如装配线上的，洁 净室半导体行业的应用，医学行业的应用等等，零位的校准就非常的重要。对于有一些8轴的CNC加工中心来说，最好的每天在生产时校准一下零位，因为正常的 运行中所产生的一些震动也会影响加工精度。对于机器人来说，如果你机器人安装了一个新马达,对应此轴的编码器所读到的零位角度可能会不同,为保证实际零位与编码器的零位相合,机器人的模型就必须要更新.

各种设备的零位校准方法,各有一同,但基本原理还是一样的,都是将尽量将实际输出的值与理论计算所得的值保持在一个误差范围之内.对于工业机器人的零位校准,可以参考irobot的一篇文章–机械零点和调零.

Irobot在工业机器人方面有着非常丰富的经验,大家可以去他的BLOG看一看:irobot-工业机器人.最原始的机器人校零方法就是手动的将各个轴移到一个MARK位,然后记录下当前位置保存为零位就行了,但是这样麻烦很多.目前用的最好的就是考虑误差在内,将机器人的各

个关节移动到零位附近的一定位置内,内部程序就会自动将其校准到正确的零位.