一种工业机器人TCP位置标定算法研究

针对工业机器人工具中心点(TCP)的位置标定,提出了一种新的基于固定参考点的标定算法,该算法利用球心与球面点所在平面的投影约束关系建立两组过参考点的直线参数方程,解算参考点坐标,再结合机器人运动学位置约束关系实现了TCP标定。在此基础上,通过试验定量分析了取样点位置分布对标定结果误差的影响。该算法避免了非线性方程组的求解和系数矩阵病态问题,适用于4点及4点以上的各种TCP位置标定方法。

基于可测距平板工具的机器人TCP标定方法

针对工业机器人工具中心点(Tool Center Point,TCP)标定,提出一种基于带二维测距功能标定工具板的标定方法。标定工具板能够感知机器人TCP的触碰,并测量任意两触点之间的距离。使机器人TCP与标定板触碰四次,并以触点形成的线段长度为坐标变换不变量为约束,建立TCP参数标定模型。该模型包括一个三元二次代数方程组,通过消元法可求出其所有可能解,并提出了真实解的判定方法。通过数值仿真,验证了所提出方法的可行性。以电阻触摸屏作为标定板为例,分析了标定板距离测量分辨率对标定精度的影响规律。以电阻屏为标定板进行了参数标定实验,证实了该方法的准确性。方法标定过程简单,易于实现自动化,适用于大多数工业机器人的工具坐标系的标定。

基于球面均匀分布的焊接机器人TCP标定方法

当前焊接机器人工具中心点(TCP,tool center point)采用固定参考点法标定时,存在机器人位姿选择的随机性和分布的不均匀性,为解决这一问题,提出了一种基于球面均匀分布的TCP标定方法.以机器人自带的“六点法”为初步标定基础,创建初始测量点位形;在离线仿真环境下,采用力学斥力迭代法构建以固定参考点为球心呈球面均匀分布的虚拟点,逐组计算使虚拟机器人第六轴末端中心处于各虚拟点处,剔除其中关节角超限、连杆之间发生碰撞的情形;最后调节实际机器人到筛选后的各测量点位形,应用最小二乘球面拟合法求解最终的TCP标定结果.结果表明,该方法使机器人姿态在各测量点绕固定参考点均匀分布,最大限度增大了各测量点之间机器人位姿的差异度,可有效提高标定精度和稳定性.

机器人虚拟TCP的设置及其在加工中的应用

针对机器人末端抓持工件时,无法利用生成在工件上的轮廓点进行去毛边加工的问题,对机器人末端抓持工件在工具固定的情况下去毛边加工的方法进行研究,提出在确定工件加工轮廓与机器人末端TCP的固定位姿关系之后,将固定在机器人工作空间中的工具上一点设置为虚拟TCP,以该虚拟TCP为基准,将附着于机器人末端工件上的加工轮廓点映射成机器人工作空间中的虚拟轨迹点的方法。在给出工件上轨迹点与虚拟轨迹点的映射关系,完成虚拟TCP以及机器人末端TCP设置的基础上,在Fanuc机器人仿真软件Robo Guide中对该方法进行了运动仿真验证后进行了加工,测量了其刀具进给量。实验结果表明:利用该方法对机器人夹持的工件进行去毛边加工,完全满足生产加工的精度要求。

复合材料舱段自动划线TCP标定及路径规划研究

为了实现复合材料舱段内仪器支架的精确定位,基于机器人自动扫描划线系统设计了一套喷码TCP(Tooling Center Point)标定工装。激光跟踪仪在9个不同机器人姿态下完成标定工装点测量采集,通过高斯-牛顿法完成末端喷码TCP位置、方向参数标定以及机器人base和数控转台坐标系齐次变换矩阵标定。同时,为了提高支架轮廓线加工离线编程仿真效率,基于模拟退火算法完成了支架轮廓线和划线路径的自动规划。最后,通过喷码TCP点标定和舱段支架自动划线试验,验证了TCP标定和轨迹规划算法的可行性。试验结果表明,喷码点标定最大误差0.15mm,支架划线位置精度在±0.3mm以内,提高了复合材料舱段仪器支架定位精度和装配效率。

基于相机空间点约束的机器人工具标定方法

工具标定就是确定工具坐标系相对于机器人末端坐标系的变换矩阵,但传统的解决方案是通过人工示教点约束的方法,为此提出一种基于视觉相机空间的自动工具标定方法。在末端工具上增加特征点如圆环标志,利用相机建立机器人三维空间与相机二维空间之间的关系,通过自动的三维空间视觉定位,实现对圆环标志的中心点的点约束,视觉定位不需要相机的标定等繁琐过程。基于机器人的正运动学和相机空间点约束完成工具中心点(TCP)求解。重复实验的标定误差小于0.05 mm,实验的绝对定位误差小于0.1 mm,验证了基于相机空间定位的工具标定具有较高的可重复性以及可靠性。

数字化协同测量在飞机弱刚性零件加工中的应用

针对飞机弱刚性蒙皮零件的高精度加工要求,通过机器人铣削系统协同标定、蒙皮边界提取与逆向建模、末端执行器定位修正等技术研究,实现飞机蒙皮、口盖、壁板类结构件边部余量检测及加工在线修正,边界测量精度0.1mm,末端执行器定位误差不大于0.2mm。经验证,本研究满足了四代机制造对数字化测量的要求,显著提高了飞机蒙皮壁板自动化铣削和数字化水平,促进了飞机制造从传统的手工装配向智能化装配模式的跨越。

TCP自动校正系统在螺柱焊接中的应用

汽车车身焊接对螺柱焊接精度要求较高。在普通自动螺柱焊接系统基础上搭建测量设备,进行网络配置、校正参数设置和补偿算法设计,最终研制了一套TCP(Tool Center Point)自动校正系统。该系统有效补偿了机器人和螺柱焊枪的精度误差,大大提高了螺柱尺寸的稳定性和可靠性。该技术在焊接精度要求较高的其他场合也值得参考借鉴。

机器人视觉测量系统中的工具中心点快速修复技术

针对机器人视觉在线测量中机器人发生碰撞事故后如何快速恢复测量的问题,提出2种简单易行的机器人工具中心点(TCP)现场快速修复方法.若现场发生机器人碰撞事故,只需控制机器人做几次测量即可重新校准工具坐标系,实现机器人TCP的快速准确修复,有效避免了重新示教机器人测量轨迹等复杂劳动.本文首先根据视觉传感器光平面结构参数定义了机器人工具坐标系及机器人TCP.然后提出基于基准球的工具坐标系校准法和基于公共点偏差的工具坐标系校准法.模拟实验表明,2种方法都可以实现机器人工具坐标系及TCP的快速修复,能满足机器人柔性视觉检测系统中现场机器人发生碰撞事故后快速恢复生产测量的应用需求.

基于3P(4R)S主轴头的五轴混联机床的参数辨识算法

旋转刀轴中心控制(rotational tool center point,RTCP)精度是评价五轴混联机床的重要考核指标。该文以一台基于3P(4R)S主轴头的五轴混联机床为研究对象,对该机床终端的位置和角度精度进行标定,以提高混联机床的RTCP精度;提出了一种参数辨识算法,与最小二乘法、岭估计法相比,该算法缩短了辨识运算的时间。标定实验结果表明:该算法辨识得到的参数能有效提高机床的精度,验证了该算法的有效性,为五轴混联机床的铣削加工奠定了基础。