基于全位姿测量优化的机器人精度研究

随着机器人在高端制造业、航空航天、医疗等领域广泛应用,对其全位姿精度要求越来越高。采用激光跟踪仪对机器人末端执行器进行全位姿实测,研究基于几何参数标定的机器人精度提升方法。首先,建立了串联机器人(MDH)模型;其次,提出了基于拟随机序列产生初始位置的改进乌鸦搜索算法(ICSA)用于标定机器人几何参数,建立了用ICSA标定机器人几何参数目标函数的数学模型,给出了标定的详细步骤。最后,对Staubli Tx60工业机器人进行了实测标定,结果证实:采用提出方法能够快速标定机器人几何参数,标定后的机器人在工作空间内随机选择的测试点其平均绝对位置和姿态误差由标定前的0. 309 6 mm和0. 232 2°减小为标定后的0. 092 6 mm和0. 082 9°,精度大幅提升。该方法简单易实现,效率高,鲁棒性强,稳定性好,适宜于在位置和姿态均有高精度要求的机器人中推广应用。

非接触式测量机器人的自标定研究

介绍了一种新型的测量机器人。该系统以串联机械手作为主体 ,激光位移传感器为测量探针 ,对球壳类、回转类部件的几何尺寸、表面缺陷进行非接触、高精度测量。针对该测量系统的特点 ,提出了一种新的自标定方法来识别机器人的运动学参数 ,并设计了专用的实物基准。该方法将机器人相对于基坐标系的关节位移分成两部分 :相对于参考位形的关节位移和参考位形相对于基坐标系的关节位移 ,将后者和其它常值参数引入到误差模型。使用该方法不需要测量机器人相对于基坐标系的关节变量的值 ,不需要外部的测量系统 ,简便易行。仿真和实验均证明该方法是可行的。

基于距离误差的机器人运动学标定

基于机器人的DH运动学模型,建立了机器人各坐标系间的齐次变换误差模型.为避免因轴线的微小偏差引起连杆距离的较大变动,利用修正的DH运动学模型,建立了平行关节的齐次变换误差模型;用空间两点间的距离误差衡量机器人的绝对定位精度,并结合所建立的齐次变换误差模型,推导了基于距离误差的运动学标定模型,距离误差的引入避免了坐标系的转化,简化了测量过程;最后,使用三坐标测量仪对课题组研制的6自由度工业机器人末端点位置进行了测量.经过关节参数的求解、补偿及校正,距离误差绝对值的均值相对于校正前减少了50%以上,机器人的定位精度得到明显改善.

3自由度并联机器人运动学标定方法研究

在分析常用机器人标定方法的基础上,结合3-R2H2S并联机器人的结构特点,提出了一种基于自学习方法的3自由度并联机器人参数标定方法。该标定方法把所有引起定位误差的影响因素均归结为机器人结构参数的变化,通过试验得到机器人的输入输出值,并将其代入机器人逆运动学方程中,反求出含修正系数的结构参数。利用标定后的结构参数建立机器人精确的逆运动学方程。运用MATLAB建立机器人的运动学模型,搭建机器人参数标定试验平台,并进行参数标定试验,将理论计算结果与3自由度并联机器人的实际运行结果进行比较分析。试验结果表明,该自学习标定方法可以获得精确的机器人逆运动学模型。

轴线测量与迭代补偿的机器人几何参数标定

为了提高串联工业机器人的绝对定位精度,提出了采用轴线测量与迭代补偿相结合的工业机器人几何参数标定方法。首先利用激光跟踪仪测量机器人单轴运动的轨迹,将所测轨迹点通过空间投影计算各轴线的位置;然后根据机器人模型参数的几何定义提取机器人模型的实际参数,并采用基于距离误差的迭代补偿方法进行参数标定效果验证。对埃夫特ER10L-C10工业机器人进行标定实验研究,结果表明:机器人绝对定位误差的最大值、平均值和标准差分别从补偿前的4.215、1.932和1.437 mm减小到补偿后的2.979、1.015和1.031 mm,该方法能够简单快速标定出机器人模型的实际几何参数,有效提高了机器人的绝对定位精度。

3-R2U2S并联机器人的机构参数标定法探究

分析了并联机器人机构参数标定的一般方法,针对3-R2U2S并联机器人的特征,基于自动协作原理提出了一种新的参数标定法。其原理是把所有引起加工位置误差的影响因素均归结为机器人机构参数的变化,求出包含各种误差源的综合修正杆长影响因子,获得较为精准的机器人运动学反解方程。为校核可靠性,搭建3-R2U2S并联机器人样机标定实验中心,在机器人工作空间内,随机选取50个点进行测试,将其坐标代入修正的运动学反解方程中,求出各支链驱动转角的理论输入值。实验结果表明,理论输入值与实际输入值的偏差控制在允许范围内,验证了运用自动协作法求解修正杆长来建立3-R2U2S并联机器人运动学反解方程的准确性和可靠性。

激光线扫式形貌测量机器人的标定研究

为能够高效、高精度的获取大型自由曲面物体的形貌,研究了基于通用工业机器人和激光线扫描传感器的测量方法。论述了激光线扫式形貌测量系统的原理与结构,利用标准球及优化算法实现了机器人和激光扫描传感器位姿关系的精确解算,并针对机器人运动学误差对系统测量影响较大,通过对机器人运动学参数的修正有效减小了机器人的绝对定位误差。实验和分析结果表明,经标定和运动学参数校正后的测量系统对标准球的测量能达到较高精度,为采集高精度三维点云提供了保证。

基于激光扫描测量臂的工业机器人运动学标定

提出一种基于激光扫描测量臂测量系统的6轴工业机器人运动学标定方法。分析了机器人本身的运动偏差和综合考虑测量系统构造的机器人坐标系与真实基座标系之间的不重合问题;建立机器人末端位置与各连杆参数相关的绝对定位误差方程,基于该误差方程,利用便携式激光扫描测量臂测量系统对不同空间位置姿态下机器人的法兰中心点进行测量,并用最小二乘法对误差方程进行解算,利用计算出的参数误差修正机器人模型中的各名义参数值,可以提高机器人运动的准确度。将该方法应用在Staubli TX90工业机器人上,实验结果表明,机器人的绝对定位精度由标定前的均值/标准差0. 742 5 mm/0. 191 0 mm减少到标定后的0. 242 8 mm/0. 098 1 mm,提高了近50%,表明该标定方法的有效性和准确性。

协作机器人的运动学误差模型及标定算法

针对六自由度协作机器人在实际应用中,由于加工、装配、传动和磨损等多方面因素,导致绝对定位精度低的问题,提出一种基于机器人工具末端的运动学误差模型建立方法。在无外部传感设备的条件下根据所设计的标定板,基于最小二乘法和采集的多组机器人实际位姿误差辨识误差模型,对机器人运动学参数与其理论值间的偏差进行补偿。修改底层控制器中参数,修正由于机器人内部机构偏差引起的绝对定位精度误差,提高机器人运行位置精度。

一种关节臂式坐标测量机的多点标定方法

关节臂式坐标测量机是一种新型多自由度非正交式坐标系测量机,需要定期对其标定才能保证其精度及稳定性。为对关节臂式坐标测量机进行快速标定,根据其结构建立了基于D-H法的运动学模型,并由构成其模型的运动学参数建立了运动学误差模型。通过设计制作的标准量杆装置,采用多点法对关节臂式坐标测量机进行单点重复标定及距离标定。标定后的单点重复精度从0.09 mm提高到0.05 mm,距离精度从0.529 mm提高到0.0469 mm,表明文中所提方法简化了标定步骤,提高了标定效率。

基于病态参数分离的机器人运动学标定测量构型优化

针对一种高灵巧性机器人及其连杆参数高敏感性与高定位精度需求,为解决机器人运动学标定随机测量构型存在绝对定位精度低、参数辨识效果及标定结果鲁棒性较差的问题,提出一种病态参数分离与DETMAX-改进差分进化(DETMAX-IDE)算法的机器人运动学标定测量构型分步优化方法。首先,建立机器人位置误差模型。其次,建立一种可观性综合指标,评价不同机器人标定测量构型的总体可观测性和灵敏度。最后,分离机器人运动学位置误差模型的病态参数,建立测量构型优化目标函数和约束条件,提出一种基于DETMAX算法与改进差分进化算法结合的分步迭代优化算法(简称为DETMAX-改进差分进化算法,简写为DETMAX-IDE算法),开展机器人运动学标定测量构型分步迭代优化。通过机器人运动学标定仿真与实验,验证了所提方法的有效性。实验结果表明,与随机测量构型相比,所提方法对应的机器人绝对定位精度的平均值和均方差分别降低了62.09%和62.45%。