浅谈工业机器人的运动停止

ＨＹPEＲLIＮK"http:／/wｗw.davidrobｏｔ．ｃoｍ/200９/0５/roboｔ-mａｎage.hｔmｌ＂\ｏ＂Peｒｍalinktｏ工业机器人的规范操作–现场操作员的素养"工业机器人的规范操作–现场操作员的素养PostedonＨYPERLINK"hｔｔｐ://www.dａvidrｏbot．com/2009／０５/roｂot-maｎａge．ｈｔｍl"\o"15:43"200９/05/22byHYPERLＩＮＫ"htｔp://ｗｗｗ.dａvｉdroboｔ.cｏｍ/auｔｈｏr／admｉn＂＼o"ＶｉeｗallpostｓbyLT"LＴHYPＥRＬＩNK"ｈtｔｐ:/／www.daｖiｄrobｏ/２0０９/05／rｏbot－maｎage.ｈtml＂\ｏ"Commentoｎ工业机器人的规范操作–现场操作员的素养"Repｌy麻烦是这样来的，当某日机器人宕机,比如电缆故障、系统崩溃等，机器人的resolｖercounteｒ丢失同步,此时要重新updａtｅ，当你辛苦做完后,试车机器人轨迹点位,却头大了，点位有偏差！而且不是一个两个点位,且这些点位也不是有规律分布。你所能做的就是只好耐着性子,逐个把点位调整好，整套做下来你会发现宝贵的几小时时间也不在，调点也搞得精疲力竭。问题是怎样产生的呢?原因就是上一次为此机器人做ｒesolveｒcouｎteｒupdaｔe的操作者并没在机器人的姿态位于正确位置时，进行了更新counｔｅr的操作，然后在此错误的前提下又进行了调点的操作。然后下一位操作者又重新做了正确的ｃoｕｎterupdaｔｅ，于是就面临着点位又一次的调整。要解决这个问题,可以从两方面着手:一是从机器人本身的设计来说,二是从规范机器人操作员本身的素养来说。一机器人本身来说1、备份电池功能失效。ｃounｔer信息需要由电池电力来保存,一旦电池不足维持记忆，而控制柜又意外断电，那么丢失couｎteｒ就在所难免。所以维护方面要做好备份电池的及时更换。２、电缆失效。工作现场的环境恶劣可能会造成电缆的短路、短路,一旦发生，机器人轻则ｃｏunteｒ丢失、系统损坏，重则损坏硬件。这种失效只能一方面希望生产厂家能采用更高质量的电缆以及更合理的走线方式，另一方面使用厂家也应做好生产环境的妥善管理。３、机器人的设计。生产厂家可以考虑有更方便的集成调零程序和设备，以便发生丢失couｎtｅr时，能有操作的一致性。二从规范机器人操作员素养来说1、一定要强化做coｕntｅrｕpdａtｅ时,机器人各关节一定要位于正确位置的必要性。目前来说工厂大,机器人分布广，操作人员不统一，也是此问题的最大头疼点。2、培训操作员的理论知识，比如为什么要做coｕnter,以及该在怎样的情况下来做。熟悉机器人结构理论,才会有正确的操作,比如常见的有四连杆机构的IRＢ２４０0的2轴和3轴就应该让操作员理解这两轴是有关联的，只有将2轴位于正确的位置,才有可能操作3轴。工具并不是完美的,这就需要有一套科学的管理流程来最大化降低工具的弱点。写到最后,在别处看到一句话我想很适合做结尾：归零,是否就能回到原点？HYPERＬIＮＫ"http：//wwｗ．davidrｏbot.coｍ/2007／07/abb-robot-ｍotｏｒ.hｔml＂\o"PeｒmalinktoＡＢBRobｏｔ电机连接结构＂ABBRｏｂoｔ电机连接结构PostedonHＹＰERLIＮK"ｈttp://ｗｗｗ.daviｄrobｏ/２０07／0７／abｂ-rｏbot-motor.htmｌ"\o"01:37"2007／07/２6byHYPＥRLIＮK＂ｈｔtp:／/ｗww.ｄavidrobｏ/aｕthor/adｍｉn＂\o"ＶieｗallpｏstsbyＬT"LＴHYPERLINK＂ｈttp：//wｗｗ.davｉdrｏbot.ｃom/2０07/０7/ａbｂ－robot-mｏtor．htｍl"\o"CommｅntｏｎABBRobot电机连接结构"2ABB机器人本体(机械臂)需要六个自由度，所提供的动力来自于６个三相交流伺服电机(SeｒvoMotoｒ),每个交流电机除了三组线圈绕组导线外,还有其他部件的引出线：一组接PTC,一组接刹车(Brａｋe),还有编码器(Rｅsｏlveｒ）有三组导线。6个电机的刹车电路并联成一路,PTC温度检测6个是串联成一路。6个编码器的电路与SMB相连。六个电机动力绕组由驱动单元(DriveUnｉt）供电。机器人不工作时，六个电机的刹车电路不通电，电机依靠刹车片摩擦固定,经过减速器后,整个机械机构死锁。工作时，电机通电，刹车电路通电，刹车片松开，电机依靠磁场固定。某个电机温度异常时,PTC总阻值变大，控制器报警停止工作。德系的工业机器人系统中，对于机器人停止运动,定义了３种模式,比如HYPERLＩNK"hｔtｐ://ｗww.ｋuka.cｏm"ＫUＫA的工业机器人分别定义了Stop0,Sｔop1,Stoｐ2(*注１)。这种定义模式是与机器人的机械结构和电气结构相关联的。对于此,读者应该先了解工业机器人上伺服电机的结构,以及伺服电机驱动器(放大器）的供电模式。前面ＬT有篇文章介绍了HＹＰERLIＮK"http:/／www.davidｒｏｂoｔ.com/2007/07/abb-rｏbot-ｍｏtor．ｈtmｌ＂ABBRobot电机连接结构，机器人的机械制动主要靠伺服电机里面的刹车(Brake)机构。一旦刹车释放，伺服电机轴的转动就会受到阻力。(如右图，黑色部分代表刹车，蓝色部分为电机转子,工作时两者分离，制动时两者贴合摩擦。)而对于伺服电机驱动器的供电模式，工业机器人电气系统的典型结构是串联两个接触器,而这两个接触器的吸合放开控制，由机器人的安全电路模块来控制。再看如何使运动的机器人停止运动，方法1、通过驱动器，使电机减速;2、直接切断驱动器供电，释放电机刹车,靠刹车片摩擦来制动。（是不是有点类似汽车驾驶的制动，一种可以用发动机来制动,一种可以打开离合，用脚刹来制动。)所以两种制动方法结合起来,就组成了机器人的运动停止模式。Stｏp０直接切断驱动器供电,同时释放刹车。Sｔoｐ1先驱动器控制减速制动,然后再切断驱动器供电,同时释放刹车。(KＵKＡ是1秒后切断电源*注２)Stop２只通过驱动器减速制动,不切断驱动器供电,不释放刹车。考虑一下，对于机器人运动轨迹的影响？答案显而易见的,Stop０的停止模式,运动是不受控的，所以机器人停止时,TＣＰ可能偏移了路径;而Stop1和Stoｐ2的模式,运动是受驱动器减速控制的,机器人停止时,TCP会停在路径上。P.S.

为什么要介绍这个呢?因为在工业设备使用过程中，安全是个很重要的话题，Bｒｕce(ＨYPＥRLＩNK＂htｔp：//ｗwｗ.ｂｒucｅｂ/"于仁颇黎)在他的ｂlog中多次提到过安全问题。了解了工业机器人的运动停止模式，那么我们就可以更好的规划现场布局和编制工业机器人程序。在后面的文章，LT将会用到本文所提到的知识点，敬请期待。*注1:参考《库卡系统软件５.2、5．3、5.4最终用户操作及编程指南》page13~14ﻫ*注2：当驱动器制动超时时,会启用stop０在上一篇文章里《HＹPEＲLIＮK"http：//wｗw.davidrobｏ／201０/0８／sｔoｐ-of-robot.hｔml"浅谈工业机器人的运动停止》,LT从机器人的动力链方面出发介绍了工业机器人的三种停止模式，实际上这三种模式也是遵循标准ＥN60２0４的。EN60２04将停止分为三大类，原文如下:9.2．2Stopfunctions

Therearethrｅecａtegorｉeｓofｓtoｐfunctｉoｎsasfｏｌlｏws:ﻫ-stopcａｔeｇorｙ0:stopｐingｂyimmeｄｉａteｒｅmｏｖalofpoｗｅrtothｅmaｃhineａctuａtors(ｉ．e.ａｎuｎｃｏｎtroｌleｄstｏp–seｅ3．56);

-stopcａｔegory1:aconｔｒｏlledｓｔop(see3.１１)wｉtｈpｏwｅrａvａilａblｅtoｔhemacｈｉｎeacｔuａｔｏrstoachieveｔhestｏpａndｔhｅｎremoｖalｏｆpowerｗheｎthesｔoｐisachｉｅvｅd;

-stopcaｔegorｙ2:ａcｏnｔrollｅｄstopｗithpowerlｅfｔａvaｉlaｂｌetotheｍaｃｈineactｕatoｒs.再回到机器人系统上，如果我们给机器人发出了停止信号,机器人并不是能立即瞬间停止运动。设想一下汽车驾驶员所做的一个刹车过程，我们考虑最极端的情形，当一辆高速行驶的汽车突然发现前面车辆突然停车，而且自身也没其他道路可走,驾驶员所能做的就是努力踩下刹车并祈祷赶快停止(这里我们不考虑赛车手做180度转弯的情况XD)，不然就与前车追尾了。从眼睛观察到前车异常并传送给大脑然后大脑下达大脚踩下刹车这一过程，属于人这个控制系统自身的反应时间，在这段时间里，汽车仍然在全速前进。踩下刹车后,刹车片就参与制动直至运动停止，这一段汽车前进的距离就是刹车距离。对于机器人系统，要停下来,同样要考虑这两个过程。一是从控制系统接收到停止信号并处理到切断电源或即将执行电机制动这段过程，总线、处理器等模块会造成时间延迟,机器人仍然会运动并通过一段距离。二是电机刹车(Brake)释放后,电机刹车片摩擦制动，机器人要走过一段刹车距离。或者依靠电机本身减速制动同样需要走过一段距离。在设计系统laｙoｕt时,这个停止距离是必须要考虑的因素。汽车行驶要保持安全距离谨防追尾事故，机器人现场系统同样也是如此。工业机器人的运动停止-刹车测试好莱坞大片《HYPEＲLＩNK＂hｔｔｐ:/／mｏvｉe.doｕban.coｍ/subｊect/3011459/"危情时速》讲述了一个高速的火车在无人掌控的情况下，逐渐加速，直至速度大到怎么也停不住的故事,又名《ＨYPＥRＬINK＂htｔp：//movie.doubａ/sｕbjｅcｔ/3011４５9/"煞不住》。结局当然是我们的美国英雄克服重重艰辛，进入列车控制室，把刹车手柄拉下。就这么简单。刹车能不重要?！下面我们要谈谈运动的工业机器人怎么能有效停下来。在目前的工业机器人系统中,机械部分运转动力来源还是伺服电机。下图就是一种伺服电机的剖面图。其机械制动就是依靠电机里面的刹车机构（见下图,以某个KUＫＡ机器人培训PPT中的截图来说明，本文目前只讨论机械刹车）,当发生HYPERLＩＮK"htｔp:/／ｗｗw.dａvidrobｏ／2０10／0８/stｏp-of－rｏｂot.html＂stop０的运动停止时,就依靠刹车来制动。如果,刹车失效的话?在该停的时候没能停下来,有可能就会发生像HＹPERLIＮK"hｔtp:/／wｗw.baｉdｕ.com/s?wd=7．2３?？？??β"7．23动车追尾一样的严重事故。刹不住导致高速撞击将会让机器人和工件工具甚至现场人员承受不可预料的后果,尽管发生这类情况的几率很小。所以相关的工业机器人都提到一个安全测试－刹车测试,目的是在可控的状况下,检测电机的刹车是否能正常运作。那具体是怎么样的呢?我们来查阅最出名的工业机器人品牌AＢB，其产品HYPＥRＬIＮＫ＂http:/／wｗw.abｂ．com／ｐrｏduｃt／sｅitｐ327/８35e３ｅa3e4a１c４9ｃ４8257０f200313b40．ａspx?prｏｄｕctLanguagｅ＝zh&countｒｙ=CN＂IRＢ7600的产品手册,找到了BrａkeTestｉng一节。HYPＥRLＩNＫ"hｔtp：／/www.aｂbrｏboｔs．ｃo.ｕk/"ＡBB的手册是这样来描述ｈowtoteｓt的:1、移动机器人各轴到承受重力最大的位置；2、在控制柜上操作使电机MotorOＦF,即使电机掉电;3、检查机器人是否偏离了步骤1的位置。由此来判刹车功能是否正常。如果没有移动,那么刹车就是完好的。(注1＊）1.２.3．4．Bｒakeｔesting

Whentotest

Duringoｐｅratiｏｎthｅholｄingbraｋeofｅaｃhaxｉsｍｏtorwearnoｒmalｌy.Ａtestｍaybｅpｅrformedtodｅｔermｉnewhｅthertheｂrakecaｎstｉlｌperfｏrmｉtsfunction.HｏwtotesｔﻫThｅfｕnｃtionoftｈeholdingbｒakｅoｆeaｃｈaxismoｔｏｒｍayｂechｅckｅｄaｓdetaiｌedbelow:ﻫ1.Runｅachmanｉｐｕlatoraxistｏaｐosｉtiｏnwｈerethecombｉnｅdwｅightofthｅmaｎipｕlａtｏｒarmandanｙloadismaxiｍiｚｅd（max.sｔatiｃload).

2.SwｉtｃhthemｏtｏrｔｏｔｈeMOＴOＲSOFFpositｉonwiｔhthｅOpｅratingmodesｅleｃtoroｎtｈecｏntrolｌｅr．ﻫ３.Chｅcktｈaｔｔhｅaxiｓｍａintaiｎｓｉtsposition.ﻫIfthｅmａｎipulaｔorｄｏesnotchanｇeposｉtｉonasthemｏtorｓaｒeswiｔｃhedoff,thenthebｒakｅｆuｎｃtionisaｄequａte.那么,我们怎么知道机器人是否偏离了步骤１的位置呢？ABB的产品手册上没有详细介绍,难道就是用肉眼看了？汗-_－！随后LT在查阅AＢB工业机器人HYPERＬIＮK＂htｔp://www．/ｐroduct/seｉtｐ327/ec6cfad87ｆ69dd2dｃ１25７２d300７75f５ｂ.aspx?productLａnｇuage=uｓ&couｎtry=US"sａfemove白皮书时，发现ABＢ介绍safemove过程中，对刹车检测做了详细的介绍。5.4BrakechｅckTｈebrakecheckisiniｔiateｄbｙtｈｅroｂotcontrolleroranｅｘtｅrnaｌPLＣ．Theｒoboｔmovestｏasafｅｐｏsitionwhｅrethebraｋesaｒｅｌockedwitｈｔｈｅseｒｖoｓengａgｅｄ．Themotoｒsoｆｔherobotaretｈenuｓedｔogｅnerateatorquｅ.Ｉｆtherobotｍoves,ａｃａtegorｙ0ｓtopoｃcuｒsaｎdasｕcｃessfulbrakｅｃheckmustbeperｆoｒmedbｅforetherobｏｔcａｎbeusedagain.Ｗithａｄeｆinediｎｔervaｌ(ｂrakecyclｅtimｅ）,tｈerobotmuｓtmovetothｅｓaｆｅbrakeｐositiｏnａｎdactivateａswiｔch.Ifthｅｂｒakecｈeckｉsｎotpeｒformedwiｔhiｎtheｂrakｅcycleｔｉｍe,ｔhｅrobotｉsｓtｏpｐeｄ.AwarningｉsｓｈｏwnonｔheFｌeｘpenｄantapｒｅ-deｆｉneｄｔime(pre-waｒｎingtime)beｆoreｔhebrａkecycletimehａspassed.ACyclicBrakeCｈeckcanｂecoｎｆｉgｕrｅdｔoｓhowaｗaｒningｂutnotstopthｅroｂoｔ.检测原理就是让机器人移动到一个安全位置,电机刹车释放，然后让电机产生一个扭矩，如果机器人某个轴的电机移动(转动）超出了设定的允许范围,那么表示刹车测试失败。一个机器人重新使用前必须做刹车测试。在paｇe30出指出saｆemoｖe具有“AutomatｉcBrakeｔeｓt”功能(注2＊)。将刹车研究进行到底–再谈ABB机器人如何做刹车测试在前面一篇文章《HYPＥＲLINＫ"ｈttp：／/www.dａｖidroｂ／2011/０７/stoｐ－of－ｒobot_bｒake-cheｃk．html＂工业机器人的运动停止-刹车测试》里,ＬＴ提到ＩRC５的ＨYPERLIＮK＂http：／/wｗｗ．abb．coｍ/proｄｕct/seitp327/ec6ｃfad8７f69dd2dｃ12572ｄ300775f5ｂ.aｓｐｘ?ｐrodｕctLaｎguage=us＆couｎtrｙ=US＂ｓafemove组件具有自动刹车测试（AｕtomatiｃBraｋeｔesｔ)的功能。但是ＨＹPERLINK＂hｔtp：//wｗw05.ａ／globaｌ／scot/ｓcoｔ241.nsf/veritydisｐlay/46ｅ549４ｂ3ｅ5f9dａ6ｃ1２574e100３eb５bｅ／$filｅ/6９04ropwhitepapersafemove.pdf＂SafeMoveWhitePaper仅仅是概念性地讲了一下。要获得更具体的内容，可以参见HYＰERＬＩNK"hｔｔｐ：／／ｗww．abb.coｍ/pｒoduct/ap/ｓeitｐ327/049ffeb８268779１ｅc１２57４b9004958ｃｆ.aspx"ABBRoｂoｔStudio5.14的帮助文件SafeMｏve．chm，这个前面LT在介绍RＳ5．14时(《HＹPＥRLINK"htｔp:/／ｗww.dａｖidｒ/2011/05/ａbb-roboｔstｕdio-５-14.htｍl"ABＢRoboｔSｔuｄiｏ新版本5.14初接触》）已经推荐过,见下图,关于ｓafｅmove详细特性，可在此chm文档里阅读获取。其实,为啥说起chm,因为LT手里面没有pdf版本的ｓafemoｖe文档啊,这个才是主要原因－_－!另外提一点,ABB也把实现ｓａｆemove的硬件称之为SａｆetyCｏnｔrｏllｅr。(*注1)HYＰERLINK"ｈtｔp:／/wwｗ.ｄavidrobｏ/?attａｃhment＿id＝4806＂

在这个手册里，刹车测试被称为“CｙcliｃBrakeＣｈｅcｋ”，功能描述也与白皮书里描述的有所区别，在白皮书里描述刹车测试时如果轴有移动会产生ｓｔoｐ0,而在这个chm文档里面是说如果轴有移动则系统切换到rｅｄucedspeed模式。这是原话ＴｈeｂrａｋechｅckiｓｉnitｉateｄｂytherｏｂｏｔcontrollｅroraneｘｔｅrｎａlＰLC．Ｔherｏbotmovestoａsafepoｓiｔionwheｒeｔhebrakesaｒeｌockedｗithserｖoｓenｇagｅd.Tｈｅmotorｓoｆｔhｅｒoｂｏtａreｔhenｕseｄｔoｇeneratetorquｅ.Ifaｎyaxesmoves,tｈｅｓyｓtemｉsseｔiｎredｕcedspeedmode．Anewｓuccessfulbｒakｅcheckmｕｓｔｂeperfoｒmedbeｆorethｅroｂotｃanbeuｓedagainwithnoｒmaｌspeeｄｓ.Wｉthadｅfiｎediｎｔerｖal(brａkeｃycletiｍe）,tｈerobｏtｍustｍovｅtothesafｅpoｓitｉonandperｆormabraketｅst.Iｆthｅbｒａkecｈecｋｉsnotperformedwitｈintｈebraｋｅｃyｃlｅtiｍeanerrｏrmessａｇeｉsｇenｅｒatｅd,ａnｄｄependｉnｇｏnｃonfｉguｒationｔｈｅroｂotwillbesetｔoreducedspeeｄｏrkeepｉtｓｎｏrmａlｓuｐervisioｎlevｅls.AwaｒningappｅarｓontheＦlexＰｅndantapreｄeｆｉnedtiｍe（pｒｅwarningtｉme)beforeｔheｂrakecycleｔiｍehaspassｅd.软件细节我们暂且不考虑,下面来分析硬件是如何实现自动刹车测试的。在《http://www.daviｄ/author/admiｎ＂LTon201１/1０/０1HＹＰEＲLINK＼l＂resｐoｎd＂Lｅaveacｏｍmｅnt(0)HYPERＬINK＼l＂cｏｍmeｎts"Ｇｏmenｔｓ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ＨYPＥＲLINＫ"http:/／baike．ｂaidu．ｃom/vｉｅw／3２3７57.ｈtｍl"旋转变压器(HYＰERLINK"hｔtp://eｎ.wikipedia．org/wiki/Ｒesolveｒ＿(elｅctricａl)"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HYPEＲLINK＂http://wｗw.ｃoｍpaut.cｏｍ/documｅnts/TS2640N１４1Ｅ172.pdf＂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(HYPEＲLＩNK"httｐ：／／ｗww.davidrobｏｔ.cｏm／２０11/0７／stop-of-robot_brａkｅ－cheｃｋ．hｔml／sｅｒvoｍｏtor"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《HYPERLINＫ＂ｈttp://ｗwｗ.daｖｉdroboｔ.ｃom/2０07/0８/roboｔ-zero.html"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HYＰＥＲLINK"hｔtp://weibo.coｍ/ｂruｃebｏt"@于仁颇黎的一篇文章《HＹPＥRＬINK"ｈttp://www．bruｃeboｔ．cｏm/2０0７/09/零位校准/"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HYPＥRＬINK"http://weibo．com/brｕcebot＂＠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RevｏlｕtｉonCounｔerUpdatｅ（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ＨYPＥRＬＩNK"http:／／wｗw．davidｒｏｂot.ｃom／2００7／07/rv．html＂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HＹPERLＩNK"hｔｔp://ｗeiｂo．cｏm/ｂｒucebot"＠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HYPEＲLINK＂ｈttp://wｗｗ．ｂrｕcｅｂot．coｍ/200７/0９/零位校准/"ＨYPEＲLINＫ"hｔtp://www.bruｃｅbot.ｃｏｍ/２007／0９／零位校准/"09/26/２00７,星期三由ＨYＰERＬINK"ｈｔtp：//www．brucebｏt.ｃom／author/admin/"于仁颇黎｜作者：ＨYPERLINK"http://ｗww.bｒｕcebｏｔ.cｏｍ/ａutｈor/admiｎ/"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。ﻫ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。ﻫ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．ﻫ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HYＰERＬＩＮK"ｈttp：/／www．robotｉcfaｎ.ｃom/blog/useｒ_2０05/1157８/indｅx.sｈｔmｌ"irｏbot的一篇文章–HYPＥRＬＩNＫ＂http:／/www.robotｉcｆan.ｃom/blｏg/usｅr＿2005/11５７８／archｉvｅs/２0０7／2００782５144442．shtｍｌ"机械零点和调零．ﻫＩrｏbot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:HＹPERLINＫ"hｔtｐ://www.robotｉｃfan．com/ｂｌｏg/user_２０05/１15７8/indｅx．ｓhｔml＂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.HＹPＥRLＩNK"http:/／blog．ｔianｙa．ｃn/blｏgger/post_ｒeａd.ａsp?BlogＩD＝１９4２7４8＆PostＩD＝1６974723＂工业机器人原点坐标系设置作者:HYPERＬINK＂http://bｌog.ｔiａｎya．cn/myblog/bｌｏg.aｓｐ?UｓerＩＤ=2１８91594"\t"_blank＂cｓuzｈm2009-04-0511：14星期日晴工业机器人必须要设置原点(基准坐标系）,六轴的工业机械手一般要设置六个原点坐标系.通过原点坐标系设置过程,使六个关节的实际坐标系与设计(算法)坐标系的原点重合,这样才能保证高精度的准确定位.例如,某个关节的理想转角位置是３0度(相对于设计或算法建立的坐标系），但由于原点坐标系设置的误差，得到的实际转角位置可能只有２9度,或者3１度等,根据这个实际角度去求空间位置坐标,可能会与理想角度得到的理想位置相差好几毫米（mm),甚至更大.机器人的装配得再怎么精确,如果原点坐标系设置得不准确,机器人还是精度不高了.

原点位置设置不准确,通常会出现机器人可能有很高的重复定位精度,但是却没有位置精度.

一般购买回来的机器人的原点坐标系是设置好的,但有时候机器人在运行过程中出现编码器错误，或者更换保存编码器数据的电池等，使得编码器原点数据丢失或无效,在这种情况下都需要重新进行原点坐标系设置了.ﻫ原点坐标系设置的方法有很多种,下面介绍几种搜集来的方法．ﻫ一.JigMethod(定位销孔方法)

二.ＡＢＳＯｒigiｎMethoｄ（ＡBS标志对齐法)HYＰＥRLINK"htｔp:／/blog．tｉ/blｏgger／poｓt＿ｒead.asp?BｌｏgＩD=１9４2748&PoｓtID=21909844＂工业机器人开发之轨迹规划(一）作者:HYPERLIＮＫ"http://blog.tiａｎya．cｎ/ｍyblog/blｏg.asp?UsｅrID＝218９1５９4"cｓuzｈm２010-0２-０70８：５5星期日晴如何使机械运动部件控制最佳

ﻫ原载于美国《MAＣHIＮEDESＩＧNE》原作:Ｃｈelmsfｏrd，Ｍasｓ；

译者:沈阳芯源先进半导体技术有限公司,杨进录

ﻫ

摘要:本文仅就电子生产设备中输送类机器电机驱动机构的特性及较好的控制方法进行了分析讨论。主要比较了运动速度随时间变化的函数曲线为梯形和Ｓ形曲线时，其性能的优劣。ﻫﻫ关键词:梯形曲线,S形曲线,冲击量,振动,频率,加速度；

ﻫﻫMotｉoｎCoｎｔrolGetsＧｒａｄuallyBeｔｔer

Ｗriｔeｒ:Chｅlｍsfｏrd，Mass;Tranｓｌatoｒ:Jin-lu,Yangﻫﻫ(SheｎyａngSIA-YuanAdｖanｃedSemiconｄｕctorＴｅchCo．Ｌtd）ﻫ

Ａｂｓtｒａct:Ｔhepapｅrｄｉsｃussesthepropertｙanｄthｅwayforthebｅtterｃｏｎtｒolofmｏtｉonｄriveｎbｙmｏtorｉntｈetrａnsｆeｒｍachinesｆoｒmanufaｃtuｒingelectrｏnicproducｔs,witｈcompaｒｉsoｎofｔhestrｏｎgａndweａkpoｉｎｔsofS－ｃurveaｎdtrapｅzoidalmotionｐｒoｆｉｌes,whichareｃhaｒacｔeriｓｔicsoftheｉrvｅlｏcｉｔies’funｃｔionｓoftiｍe.ﻫ

Keywordｓ:TrａｐezoｉdalＣurve,S－Cｕｒvｅ,Jerｋ,ibｒaｔion，Ｆreqｕeｎcｙ,Ａｃceｌｅｒａtioﻫﻫﻫ自动化装配设备中的电动机,总是在短时间内,频繁地快速启动﹑快速停止和间歇的运动方式。实现此种工作方式的首选控制方法是S－形曲线控制法。在芯片制作设备中,对此要求特别高，例如K&S公司的管芯粘结系统那样。

ﻫ实现电机转速随时间变化的函数曲线呈现S形的控制芯片,把电机运行过程中,任何两种不同速度切换所产生的加速度均采取平滑过渡的方式,因此设备运行起来非常平稳,并且生产效率较其他方式高许多。ﻫﻫ从工程物理学角度出发,研究任何运动状态时,其自然特性总是指数函数过渡优于阶跃函数过渡。换句话说，平缓变化优于突变;曲线优于拐点；

ﻫ在运动控制中,同样如此。要想使机器运转得更快﹑定位更精确和更稳定可靠，那么，当它启动和停止时就必须是平缓的,而不是猛然加速和骤然减速。随着芯片制造技术的不断进步,越来越多的控制器开始利用这一简单原理,即让速度特性曲线为S形，而不是梯形。

一个较好的解决方法ﻫﻫ如果不考虑稳定性的话，机器可以转得很快,工厂的生产效率会很高。但无情的事实是,当对机器的冲击力超过一定限度时,机器的运行状态是很糟糕的。根据动力学的基本原理，引发这种状态的原因之一就是,当机器迅速启动和停止时,它的许多构件都存在振荡的趋势。ﻫ

翻开机器制造业的历史就会发现，设计师们总是尽量采用刚性较强的机械结构和高转矩电机去克服不稳定的缺陷。然而，这不仅提高了制造成本，而且很可能是解决了这个问题,另一个问题又带出来了。ﻫﻫ取而代之的是延用成熟的机械设计方案，只改变控制动态特性。如果把由传统的控制器驱动的负载速度曲线描绘出来的话,会发现它是梯形状的。梯形曲线方式在传送速度要求不高,以及负载与电机转动惯量之比非常低的场合是相当完美的。除去这一表面现象而外，从物理学观点出发,梯形曲线方式可能引发许多问题,尤其是在机器中产生的大量弹性形变才是真正的祸根。因为梯形方式招致加速度的突变,而且它是机械振动的策动力,感生出的能量会作用于机器的每一个构件。

ﻫ摆脱此种困境的出路来自一个新的控制手段,那就是让加速度缓变,而不是突变。与此控制方式相关的运动速度曲线的外形是无拐点的;其特性是这些直线相互连接部分是Ｓ形曲线,使得机器