基于API激光跟踪仪测量工业机器人重复定位精度

重复定位精度是工业机器人性能的重要指标,基于API激光跟踪仪对工业机器人的重复定位精度进行了测量。介绍了测量系统的原理,对额定速度、50%额定速度及10%额定速度时的工业机器人重复定位精度进行了测量,并与指定值进行对比,确认测量方法合理有效,可以有效获得工业机器人的重复定位精度。     

微装配并联机器人MicaboF2运动精度测量

德国布伦瑞克工业大学机床及加工技术研究所(IWF)开发了一套专门用于微装配作业的混合式并联机器人系统MicaboF2.为了评价该机器人的装配精度,按照欧洲国际标准EN ISO 9283建立了一套用于测量机器人精度的测试系统,测试了机器人的4个性能参量--位置重复性、多方位准确度、位置超调量和位置稳定时间.测量结果证明该机器人满足微装配的作业要求.     

机器人测量-操作-加工一体化技术研究及其应用

阐述了机器人加工的发展现状与面临的挑战,回顾了机器人测量操作加工一体化所需要的关键技术。以典型的机器人加工过程为例,分析了机器人测量-操作-加工一体化过程中误差的来源,建立了加工误差及其传递模型,并分别计算分析了测量误差、坐标变换误差与机器人执行误差对加工精度的影响。将机器人测量加工一体化方案用于飞机机翼和机身装配垫片的磨削加工,由点云数据得到工业机械臂的加工轨迹和工艺参数规划数据,通过在机械臂末端安装顺应打磨头来消除工件法向的位置误差,实现恒力打磨。实验结果表明,该机器人加工方案能够实现飞机装配垫片的变厚度磨削加工。     

激光跟踪测量系统角度自动校正装置设计

激光跟踪测量系统是目前最新型的便携式空间大尺寸坐标测量系统,利用激光干涉测长、精密测角及目标跟踪技术,可对任意点的空间位置进行实时跟踪测量。然而,目标反射器接收角度的大小严重影响了激光跟踪测量系统角度测量精度,为解决激光跟踪测量系统在动态测量中因角锥棱镜逆反射器接收角度范围限制而导致无法测量问题,研制开发了一种能使激光跟踪测量系统在动态条件下连续测量的角度自动校正装置。它主要由精密圆形导轨和角度方位自动调节机构组成,能使角锥棱镜在动态测量过程中始终指向激光跟踪测量系统,从而实现在动态条件下的连续工作。最后利用研制角度自动校正装置对激光跟踪测量系统进行了角度误差补偿实验,结果表明该装置使激光跟踪测量系统的水平角测量误差由34.69µm减小到9.71µm,垂直角测量误差由35.43µm减小到10.03µm,从而有效地提高了激光跟踪测量系统的角度测量精度。     

[制造前沿]机器人测量-操作-加工一体化技术研究及其应用

阐述了机器人加工的发展现状与面临的挑战，回顾了机器人测量操作加工一体化所需要的关键技术。以典型的机器人加工过程为例，分析了机器人测量-操作-加工一体化过程中误差的来源，建立了加工误差及其传递模型，并分别计算分析了测量误差、坐标变换误差与机器人执行误差对加工精度的影响。将机器人测量加工一体化方案用于飞机机翼和机身装配垫片的磨削加工，由点云数据得到工业机械臂的加工轨迹和工艺参数规划数据，通过在机械臂末端安装顺应打磨头来消除工件法向的位置误差，实现恒力打磨。实验结果表明，该机器人加工方案能够实现飞机装配垫片的变厚度磨削加工。     

飞机数字化装配测量系统研究

飞机数字化装配测量系统对飞机数字化装配工作有着重要的辅助作用,使得飞机装配定位工作更加简单、精确,对降低飞机制造成本、提高装配质量和装配效率有重要意义。分别从3个子系统即激光跟踪测量系统、数据处理系统和实时运动仿真系统,对飞机数字化装配测量系统进行研究和实现;实现了激光跟踪测量系统的初始化、数据采集和动态测量等功能,在对装配过程数据模型处理的矩阵分析研究的基础上,实现了装配场景的实时运动仿真,进行了装配件位置偏差的计算;通过实践检验,该系统能够运用于数字化装配工作中。     

机器人加工力位测量平台与软件模块开发

机器人铣削加工过程中末端力和位置监测对加工变形误差的计算和补偿具有重要作用,由于机器人控制系统具有一定的开放性,开发力位测量上位机软件并与机器人控制系统实时通讯,可以有效掌握机器人加工过程位姿相关的末端力和位置信息,为变形误差预测和补偿提供数据基础。在ABB IBR6660工业机器人上利用基恩士激光位移传感器和ATI六维力传感器搭建了机器人末端力位测量系统,其中位移传感器安装在主轴端、力传感器安装在主轴和法兰之间,利用基恩士激光位移传感器和ATI六维力传感器的接口函数结合C#开发了力位测量软件模块,利用ABB工业机器人的PC Interface接口和PC SDK函数开发机器人上位机通讯软件平台,给出了关键代码,最终实现了机器人铣削加工中的末端力位信息实时测量,为机器人加工变形误差的预测和补偿提供数据与控制平台基础。     

基于激光跟踪仪的机器人误差测量系统标定

为了测量出工业机器人的定位误差,根据工业机器人定位误差测量系统的特点,采用基于距离约束的方法实现了了机器人Tool0坐标系与测量靶标坐标系之间的位置矩阵(工具坐标系)的自动化标定过程,同时分步实现了机器人基坐标系与测量设备基坐标系之间的位姿矩阵(基坐标系)自动化标定过程;建立了基于激光跟踪仪的工业机器人定位误差测量系统,并根据测量数据具体标定出了涉及到的各个坐标系,验证了算法的有效性,为工业机器人定位误差的测量打下了基础。     

工业机器人空间位置精度预测模型研究

预测工业机器人空间位置精度对高精度加工具有重要影响,分析影响其空间位置精度的因素,提出一种考虑结构参数误差及关节刚度、摩擦特性参数的空间位置精度预测模型。应用激光跟踪仪辨识工业机器人结构参数与名义值间存在的偏差,分析关节转角偏差随工况的变化,提出关节刚度和关节摩擦参数辨识方法,在ADAMS环境下建立空间位置精度预测模型。以UR5机器人为实验对象,API激光跟踪仪为测量仪器对其空间位置精度进行测量,与预测模型输出结果进行对比,实验结果表明,该模型可准确预测工业机器人空间位置精度,预测精度可达0.5mm。     

一种基于位姿反馈的工业机器人定位补偿方法

为了提高工业机器人的绝对定位精度,提出了一种基于末端位姿闭环反馈的机器人精度补偿方法。该方法通过激光跟踪仪测量实时跟踪机器人末端靶标点的位置来监测机器人末端的位姿,并通过对靶标点的实际位置和理论位置进行匹配获得机器人末端的位姿偏差。工业机器人系统与激光跟踪测量系统通过局域网进行数据通信,并根据位姿偏差数据对机器人末端的位姿进行修正。最后通过实验对基于末端位姿闭环反馈的机器人精度补偿方法进行验证,实验表明,经过位姿闭环反馈补偿后机器人末端位置误差最大幅度可以降低到0.05mm,姿态误差最大幅度可以降低到0.012°。     

激光制导测量机器人控制算法研究

激光跟踪测量系统是目前最新型的空间大尺寸坐标测量系统之一,具有精度高、实时快速、动态测量等特点;但在测量大型被测对象时,人工布点及测量过程繁杂,测量效率低,并造成被测对象几何形状变形,严重影响其测量精度.为解决以上问题,提出了新型的"光束运动一光靶跟踪"激光跟踪测量方法,并在此理论基础上,研究激光制导测量机器人技术,研制并开发了一种能够在水平和垂直被测对象表面上运动的小型轮臂复合式激光制导测量机器人.建立了机器人轮式运动学数学模型并对其运动特性进行了分析,给出了机器人位置跟踪控制算法、姿态跟踪控制算法和路径规划算法.通过激光跟踪仪和三坐标测量机对所提出控制算法进行了实验验证,结果证明了该算法的有效性与正确性.     

基于机器视觉的协作机器人装配汽车外饰条的应用

利用光栅传感器结合旋转编码器跟踪双板链输送线上车辆位置,利用激光测距仪引导视觉拍照系统至车辆Y向等距位置,通过视觉系统定位车辆相对协作机器人执行机构的位置。在周边设置稳定光源,不同颜色车辆的差异化图像处理,使定位成功率达到99.8%。协作机器人接收视觉系统X、Z坐标信息,通过力控方式,按设定轨迹完成装配过程。通过验证,该过程轨迹100%覆盖装配点,装配点受力完全满足技术要求。     

基于空间距离模型评定工业机器人位置误差

通常评定工业机器人位置误差需要从激光跟踪仪测量系统的坐标系至机器人基础坐标系进行空间坐标变换。由于变换的精度难以确定,导致测量工业机器人的位置精度降低。为了避免这种现象,将空间坐标系的变换替换为由使用激光跟踪仪测量空间点得出的空间距离值来衡量工业机器人的位置误差。由此建立工业机器人的空间距离模型,去除空间坐标变换带来的误差影响,将位置准确度的评定误差由原先的0.0055mm提高至0.0024mm。     

激光制导测量机器人运动系统设计

激光跟踪测量系统是目前最新型的便携式空间大尺寸坐标测量系统,但在测量大型被测对象时,人工布点及测量过程繁杂,测量效率低,并造成被测对象几何形状变形,严重影响其测量精度。为解决以上问题,提出了新型的“光束运动—光靶跟踪”激光跟踪测量方法,建立了新型激光跟踪测量方法论,并在此理论基础上,研制开发了一种能够在水平和垂直被测对象表面上运动小型轮臂复合式激光制导测量机器人。该机器人机构融合轮式机构、爬行臂式结构和真空吸附式机构优点,并且具有重量轻、体积小、运动灵活和反应快速等特点,可以根据不同的被测对象表面特征变换测量模式,利用轮式结构实现机器人在水平被测表面上高速远距离运动,利用爬行臂式和真空吸附式机构实现机器人在倾斜光滑表面上灵活地爬行和转向。对其运动特性进行了详细的分析。最后利用激光跟踪仪和三坐标测量机对研制激光制导测量机器人进行了性能测试,试验结果证明了该机器人能跟踪激光束自动高效地完成被测对象实体测量。     

一种新的并联机器人精度标定算法

提出了一种新的并联机器人精度标定算法,较之于传统的借助与激光跟踪仪的测量标定方法,该标定算法只需测量获得z轴方向的单项位置误差,即可进行参数误差识别,忽略了用激光跟踪仪测量时,安装靶球带来的制造、装配误差,能有效地提高并联机器人的标定精度。对该算法进行了推导以及Matlab仿真实验。     

基于API激光跟踪仪对“15kg喷涂机器人”的D-H参数的标定研究

为了改善工业机器人的定位精度,工业机器人必须进行标定。通过建立机器人末端法兰中心位置与连杆MDH模型的线性关系误差模型,利用API T3激光跟踪仪确定机器人的基坐标系,作为激光跟踪仪测量的参考坐标系来测量目标点的坐标值,同时记录机器人控制器对应的名义坐标值。从而求出位置误差值ΔP,再联立误差线性关系模型,运用最小二乘法解出机器人的实际D-H参数值,并将此参数用于修正运动学模型,如果修正后的运动学模型未能达到要求,可进行反复迭代,直至满足工业机器人作业要求的定位精度。     

六关节机器人位姿精度测量与误差分析

为准确测量机器人位姿精度,指导机器人应用,以六关节机器人为研究对象,基于其D-H运动学参数进行建模,利用激光跟踪仪和Beckhoff EtherCAT控制系统搭建了同步测量试验平台。根据ISO 9283:1998和GB/T 12642-2013,通过单点激光跟踪干涉仪法,测量30个指定位置将测量系统和机器人转换到了一个公共坐标系,选取工作空间测试平面及5个位姿点循环30次精确测量了位姿精度,形成了符合现行标准的有效检验检测方法。对测量数值进行了初步评估,分析出该机器人精度误差主要来源于Z轴方向。     

合模线飞边在线测量与机器人智能磨抛加工技术

传统合模线飞边的打磨方式多为人工打磨,不仅效率低,产品一致性也难以保证。为了进一步提升加工效率及稳定性,利用线激光测量与六轴工业机器人开展智能磨抛加工技术研究。首先,采用基于标准球的手眼标定方法进行线激光测量坐标系与机器人加工坐标系坐标转换研究,对工作区进行分区域标定,以降低大负载机器人在不同工作区域性能指标的不同对标定结果的影响;其次,对线激光器采集的工件点云数据进行分析处理,采用距离法提取特征点,并利用三次B样条曲线拟合和基于最小二乘的曲面拟合方法求解机器人的姿态,将得到的机器人位姿与手眼标定结果相结合,实现对机器人的加工引导;最后,基于上述加工数据信息开展机器人智能识别定位与打磨加工试验测试。实验结果表明,经一次打磨后去除的材料体积约为543mm³,材料去除率约为5.8mm³/s,并且,提取出的点云轮廓曲线粗糙度的平均值由打磨前的0.609减少为0.097,减少率约为84.1%。     

六关节机器人位姿精度测量与误差分析北大核心

为准确测量机器人位姿精度,指导机器人应用,以六关节机器人为研究对象,基于其D-H运动学参数进行建模,利用激光跟踪仪和Beckhoff EtherCAT控制系统搭建了同步测量试验平台。根据ISO 9283:1998和GB/T 12642-2013,通过单点激光跟踪干涉仪法,测量30个指定位置将测量系统和机器人转换到了一个公共坐标系,选取工作空间测试平面及5个位姿点循环30次精确测量了位姿精度,形成了符合现行标准的有效检验检测方法。对测量数值进行了初步评估,分析出该机器人精度误差主要来源于Z轴方向。     

复杂构件三维激光测量与仿真装配集成应用研究

针对零件装配定位精度低与装配方式落后的现状,通过三维激光自动测量技术研究,采用光学跟踪仪实现了零件位置和姿态的实时跟踪,解决了零件精确定位的难题。通过将实时测量的零件空间坐标与三维模型进行比对,获得了零件位置与标准位置的偏差值,并自动计算出可由执行机构驱动的调整值,自动将零件调整到最佳的装配位置,解决了测量与调整协调联动的问题,实现了大型结构件零部件精确定位及装配,不仅大幅提高了装配合格率,同时也提升了装配效率。