基于预标定基坐标系及MIEKF算法的工业机器人标定方法

为了提高工业机器人的绝对定位精度和标定效率,提出一种基于预标定基坐标系及改进迭代扩展卡尔曼滤波(MIEKF)算法的运动学标定方法。该方法的优点在于用采集的位置数据进行基坐标系和工具坐标系预标定,节省两者拟合的时间。在建立位置误差模型时利用相关系数和复共线性分析去除模型的冗余参数。用MIEKF算法辨识模型的几何参数误差。通过实验对比验证,机器人经补偿后的绝对定位精度提高了88.07%。

基于四元数表示法的机器人基坐标系标定方法

在多机器人协同、运动学参数辨识和机器人离线编程等作业任务下,需要标定出机器人基坐标系在世界坐标系中的精确位姿.提出和实施了一种利用四元数表示法进行机器人基坐标系精确标定的方法.利用指数积公式,建立机器人的运动学模型.利用外部测量设备,测量出5个不共面的工具中心点,并记录对应的机器人关节位形.以基坐标系位姿对应的旋转矩阵元素为变量,建立不相容方程组,并求出基坐标系位姿的初步齐次矩阵.由于测量误差和截断误差,初步齐次矩阵的旋转矩阵部分不能满足单位正交阵的性质.利用四元数的几何约束条件,建立罚函数形式的目标方程,将初步齐次矩阵进行正交化修正.通过一系列的实际机器人的标定试验,验证了该标定方法的正确性,并提高了机器人末端的定位精度.

双机器人钻铆系统协同控制与基坐标系标定技术

为提升机器人飞机自动钻铆质量并提高自动制孔铆接率,对双机器人协同的飞机自动钻铆技术进行研究,提出双机器人协同自动钻铆工作流程。针对协同运动提出为机器人进行编码,利用Ethernet(TCP/IP)实现系统和机器人之间的信息传输。为了保证系统的完整性,将机器人单侧信息转化到另一侧的机器人下,采用激光跟踪仪并利用单位四元数法对双机器人基坐标系进行标定。最后在KUKA的KR-500双机器人和其30m扩展第七轴上进行协同运动和控制系统试验以及双机器人定位重合度测试,验证了系统的有效性,试验表明因该方法带来的误差可以忽略不计。

考虑基坐标系误差的机器人运动学标定方法

提出了一种基于机器人几何参数误差与基坐标系位姿误差的六轴串联型机器人误差标定方法。首先基于MD-H方法建立了IRB6700机器人几何参数误差模型,得到机器人连杆几何参数误差到机器人末端位姿误差的映射关系;然后进一步考虑了基坐标系的位姿误差,并建立了考虑基坐标系误差的机器人误差模型;此外,针对传统标定方法操作繁琐、偶然误差大等问题,提出了一种改进的参数辨识方法,进一步提高了标定过程的可操作性与标定精度。最后,开展了本体标定实验与基坐标系误差扰动实验,结果表明所提方法将机器人位置误差的平均值由3.1928 mm减小至0.1756 mm,位置误差的标准差由0.5494 mm下降到0.0830 mm。基坐标系位姿误差扰动前后参数辨识的结果一致性高于99%,标定精度及稳定性得到显著提高。

基于对偶四元数的机器人基坐标系标定方法研究

针对借助激光跟踪仪标定机器人所涉及的坐标系统一问题,对基于空间几何法拟合建立的基坐标系与机器人理论基坐标系的转换关系进行了研究,提出了一种基于对偶四元数法的机器人基坐标系标定方法。利用指数积公式推导了七自由度串联机器人正运动学,建立了基于对偶四元数表示法的机器人基坐标系标定模型,该模型将拟合建立的基坐标系与机器人理论基坐标系之间坐标转换的旋转与平移过程进行了统一描述。研究结果表明,该标定方法可一次性计算出标定方程的旋转部分和平移部分,避免了传统位姿分步计算过程中的误差传递,直接提高了标定精度。这些结论可对于类似机器人手眼标定、多机器人协作基坐标系标定问题提供参考。

双机器人基坐标系标定方法的研究

针对双机器人基坐标系标定过程复杂、定位精度不高,提出一种基于"三点定圆"的改进双机器人基坐标系标定方法。通过分析误差原理以及引入高斯白噪声误差,结合理论分析和软件仿真设计实验。结果表明改进后的双机器人基坐标系标定方法具有准确性和稳定性,保持了良好的定位精度。

典型安装方式的协作机器人基坐标系标定方法

针对地面式、侧墙式、顶棚式三种典型安装方式下的协作机器人的基坐标系标定问题,采用了一种新的操作步骤简单、标定结果精确的机器人基坐标系标定方法。该方法通过在协作机器人的公共空间中构造四点"握手"动作并分别记录接触点在每个机器人的基坐标系下的坐标,求解协作机器人基坐标系间的旋转矩阵和平移矩阵,从而得到协作机器人基坐标系间的位姿关系。针对工业机器人常见的地面式、侧墙式、顶棚式三种典型安装方式进一步分析了机器人基坐标系间的约束关系,并利用这些约束关系对标定结果做出进一步的优化处理。为验证提出的标定方法的有效性,基于Matlab的机器人工具箱完成了仿真实验,仿真实验的标定误差控制在2mm以内,该精度可满足一般弧焊、搬运、切割等生产过程的定位精度要求。仿真实验的结果验证了提出的标定方法的正确性,表明该方法可有效的解决生产环境下的协作机器人的基坐标系标定问题。

机器人输送链参数与基坐标系校准融合方法

针对分拣机器人工作站输送链CountsPerMeter参数和基坐标系进行校准的问题,提出把校准基坐标系所需第一点与校准CountsPerMeter参数第一点的操作进行合并,把校准基坐标系所需第二点与校准CountsPerMeter参数第四点的操作进行合并,给出输送链参数与基坐标系校准的融合方法,有效简化了操作流程。

基于位形优化的机器人基坐标系标定与跟踪

为了精确标定测量设备和机器人基坐标系之间的坐标变换关系,建立了机器人运动学模型以及待标定关系模型,基于差分进化算法对机器人位形进行优选,提出了一种离散型差分进化算法结合线性最小二乘法的标定方法。实验表明,与同样数目随机姿态下的标定结果相比,优选姿态可以显著降低机器人基坐标系的标定误差。针对基坐标系跟踪问题,测量机器人移动前后基座处多个光靶坐标值,通过基于单位四元数法点集匹配,实现基坐标系的实时跟踪。与新位置下的标定结果对比,该方法的跟踪误差与标定误差相近,从而避免了烦琐的机器人标定过程。

机器人基坐标系精确标定的对偶四元数法

针对离线编程系统中机器人在世界坐标系下的位姿描述问题,提出一种利用对偶四元数精确标定机器人基坐标系的方法.首先在利用指数积公式建立机器人正运动学模型的基础上,推导了基于单位对偶四元数表示法的机器人基坐标系标定模型,该模型将世界坐标系与机器人基坐标系之间坐标转换的旋转与平移过程进行统一描述;其次,以对偶四元数的几何性质为约束条件,建立最小方差目标方程,引入拉格朗日乘子法求解最优的位姿变换矩阵;最后,对6自由度串联机器人进行了标定实验.实验结果表明,该标定方法可以有效解决工业应用环境中机器人的基坐标系标定问题,同时也为机器人手眼标定、多机器人协作基坐标系标定问题提供了参考依据.

基于最小二乘的工具坐标系标定方法

机器人工具坐标系标定的好坏直接决定机器人工作的可靠性和准确度,准确地标定机器人工具坐标系,能有效提高机器人完成任务的效率,满足实际需要。基于最小二乘原理,将位置和姿态分开标定,操作机器人使工具末端以四种不同的姿态到达同一个位置,根据示教器上的读数解算得到工具坐标系的位置;使机器人工具末端分别沿基坐标系的X轴和Z轴正方向运动,解算得到工具坐标系相对于法兰末端坐标系的姿态。最后通过MATLAB进行仿真验证,得到工具末端的位置误差在0.1mm以内,说明该方法具有较高的精度。

自由漂浮双臂空间机器人基联坐标系内的一种增广变结构鲁棒控制方法

结合系统动量(矩)守恒关系,对自由漂浮双臂空间机器人系统进行了运动学和动力学分析,得到了一组与适当选择的惯性组合参数呈线性关系的欠驱动系统动力学方程,采用增广变量思想,克服通常情况下,空间机器人系统动力学方程关于系统惯性参数呈非线性关系的难点,设计了漂浮基双臂空间机器人末端爪手跟踪基联坐标系内期望轨迹的增广变结构鲁棒控制方案。该控制方案不需要反馈漂浮基的位置、移动速度及移动加速度;与自适应控制方案相比,该控制方案化积分运算为简单四则运算,计算量大为减小,有利于实时应用。数值仿真验证了算法的有效性。

基于点面约束的双机器人协作运动坐标标定

为了解决由于双机器人基坐标系标定时标定精度不高、效率较低而导致双机器人协作定位精度差的问题,论文提出一种基于点面接触约束的基座标定方式.该方式要求两机器人任意姿态运动至“点面”接触,记录当前双机器人关节信息,以平面为已知信息,依据接触点在面上,结合双机器人运动链约束,构建基座标定模型.结合克罗内克积将问题转化为超定方程组的求解问题,由于方程求解约束的局限性,因此以方程组求出的值为初值,并使用高斯-牛顿算法对旋转矩阵进行迭代优化,最终可以成功标定双机器人的基座,并利用数值仿真与实际物理实验验证了该标定方式的可行性与准确性.

一种移动机器人基坐标系在线标定方法

在工业机器人进行大型零件测量及加工时,需要建立机器人基坐标系与测量设备之间关系。提出了一种机器人基坐标系在线标定方法,该方法可以在机器人发生移动时更新机器人和测量设备之间齐次转换矩阵。首先对初始位置下机器人基坐标系和测量坐标系的相对位姿进行一次标定;然后,通过比对机器人移动前后固定在基座上的多个靶标的坐标值,将变化之后的靶标点集与初始点集做匹配得到变化前后的齐次矩阵,从而更新初始位置下的标定结果;最后,对在线标定方法进行了标定实验和跟踪实验仿真。结果显示,跟踪算法引入误差相比初始位置标定误差可以忽略不计。实验验证了标定算法的有效性。

基于单目视觉的双机器人协同标定技术

由于机器人的基坐标系隐藏在底座内部,导致双机器人基坐标系间位姿关系的测量变得十分困难,而该关系作为机器人离线编程、协同控制的基石,对于多机器人系统的正常工作至关重要。为此提出了基于单目视觉的协同标定方法,利用单目视觉和棋盘格标定板求解双机器人基坐标系间位姿相对关系并使用激光跟踪仪标定法作为对照对双机器人基坐标系关系进行了标定,并通过双机器人位姿协同实验对标定的结果进行验证,最终得到基于单目视觉的协同标定方法所对应的双机器人位置协同误差最大值为1.278 mm,最小值为0.601 mm;姿态协同误差最大值则为0.481°。

基于手眼标定算法的移动机器人重定位方法研究

为保证移动机器人在不同环境中的重定位效果,降低重定位误差,提出基于手眼标定算法的移动机器人重定位方法。该方法以机器人移动模型为基础,构建移动机器人的手眼标定模型,计算机器人的相机坐标系和基坐标系下,旋转矩阵和平移矩阵;将计算结果输入深度学习多任务网络模型中,该模型通过两个子网络分别学习输入的两个矩阵,输出机器人的位置和位姿结果,完成移动机器人重定位。测试结果显示:该方法的手眼标定性能良好,在不同的障碍物占据比例下,欧式距离误差结果在2cm以内,能够完成机器人圆形移动轨迹的重定位,并且在不同环境中应用性良好。

一种大尺寸视觉测量系统标定方法

针对相距较远的基坐标系与视觉传感器坐标系的标定问题,提出一种高精度标定方法,通过激光跟踪仪建立中间坐标系,基于最小二乘点集配准误差标定激光跟踪仪坐标系与视觉传感器坐标系的关系,采用最小二乘平均刚体变换矩阵标定激光跟踪仪坐标系与基坐标系之间的关系,最后通过坐标变换建立测量基坐标系与视觉传感器坐标系之间的坐标关系,实现大尺寸工件空间相位角度的精确测量.仿真结果证明了最小二乘点集配准方法求解坐标系关系的有效性,同时验证了最小二乘点集配准方法的配准误差与配准点集大小、传感器精度、传感器的位姿关系有关.试验结果表明,该标定方法能够准确可靠地测量大尺寸工件空间角度,测量标准差达到0.007 5°,完全满足工艺要求.

机器人运动学标定中的轴拟合方法改进及精度分析

轴旋转法中轴线拟合精度决定着标定后机器人的绝对定位精度,本文采用两种轴线拟合方法并分析其拟合精度。第一种是传统的拟合方法,将测量点拟合为圆,用过圆心的法向量作为机器人轴线。第二种是改进的拟合方法,利用测量点拟合球和平面,得到拟合球和平面的截交圆。为了避免传统方法中过圆心法向量微小的误差带来大的几何参数标定误差,采用双截交圆圆心的连线作为机器人轴线。通过与激光跟踪仪自带软件拟合结果比较,拟合的截交圆圆心具有更高的精度。分别采用第一、第二轴轴线向量,第一轴轴线向量以及第二轴轴线向量在第一轴垂直面上的投影作为机器人基坐标系的方向向量,构建将测量点从测量系统转换到机器人系统中的转换矩阵,通过对两种转换矩阵转换后的测量点差值比较,直接采用第二轴轴线作为基坐标系方向向量的转换矩阵具有较大的测量点转换误差。

串联机器人标定系统的坐标系快速转换方法

针对串联机器人标定系统中的工业机器人基座标系{B}与激光跟踪仪测量坐标系{T}的转换问题,提出一种融合多点拟合法和轴线矢量测量法的坐标系快速转换方法。该融合坐标系快速转换方法首先利用轴线矢量测量法获得旋转矩阵R,然后利用多点拟合法获得位移矢量T,进而得到坐标系转换矩阵BTR。试验结果表明该融合坐标系快速转换方法的测量时间比多点拟合方法减少了184.68s,但综合RMSE(Root mean squared error,RMSE)增加了0.215mm;相比于基于关节圆交点的坐标系转换方法,该方法的综合RMSE降低了0.626mm,测量时间仅增加了51.26s;相比于基于平面拟合转换法,该方法的综合RMSE与测量时间分别降低了2.790mm和120.0s。因此,该融合坐标系快速转换方法的转换精度远优于基于轴线测量的坐标系转换方法,相比于多点拟合法具有相近的转换精度和更好的测量效率。

射线跟踪技术中场强计算的改进算法

为减小通信基站附近场强的预测分布与运营后实际分布之间的误差,利用角度缓存区改进算法跟踪射线,提出场强精确算法.通过建立三套坐标系,并考虑通信基站天线下倾角、±45°极化、三瓣花布局等实际因素,推导场强之间的关系.结合天线方向图及波极化面的旋转,计算每条路径场强幅度及相位.对不同路径场强矢量合成,求出精确解.用该算法对两个实例进行计算,结果与实测值误差小于4dB.该算法及程序可用于电磁环境影响评价及场强预测.