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。     

机器人工具坐标系的快速标定方法

为了解决机器人工具坐标系标定时标定精度不高、效率较低的问题,提出一种基于激光跟踪仪的工具坐标系快速标定方法。首先,分析机器人末端法兰盘的结构,根据法兰盘上各点的相对位置关系,利用激光跟踪仪及几何法原理进行工具坐标系的位置标定;其次,控制机器人沿工具坐标系的X轴和Z轴方向分别运动,根据工具坐标系和法兰末端坐标系的相对位姿关系进行工具坐标系姿态标定;最后,利用基于距离约束的工具坐标系标定方法和本文提出的几何法标定结果进行精度对比分析。实验结果表明几何法进行工具坐标系后机器人定位精度能达到0.692 mm,与距离约束法的工具坐标系标定精度相当;同时几何法不需要机器人运动,只需测量机器人末端的6个点就能实现工具坐标系的位置标定,且机器人末端更换新的工具后只需测量一个点就能实现新工具的位置标定。实验表明,几何法标定实验过程为3min,而距离约束法实验过程为8 min,标定效率提高了62.5%,说明该方法具有高效率和高精度的特点,能够满足高精度任务作业的实际需要。     

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°。     

激光测量标定机器人坐标系位姿变换的正交化解算

针对大型装备智能制造中的机器人在线位姿激光跟踪测量与实时引导需求,提出了一种机器人坐标系与激光测量坐标系标定转换和解算方法。设计了基于距离原则的机器人末端光学工具中心点TCP(Tool Center Point)位置标定算法。通过运用空间点坐标重心化配置算法和基于罗德里格矩阵变换的最小二乘优化算法解算出了具有单位正交性的位姿变换旋转矩阵。进行了机器人坐标系位姿变换激光测量标定和优化对比实验,旋转矩阵初值和正交优化值进行点坐标转换后的综合RMSE分别为0.579 0mm和0.501 5mm。结果表明该方法能够有效改进姿态旋转矩阵正交性,并提高位姿变换解算精度。     

大尺寸自由曲面部件组合测量现场全局标定优化方法与应用

为了解决全局测量与局部精度控制的矛盾,为大尺寸复杂尺寸测量提供科学依据,研究了集成激光跟踪仪与光学扫描仪的组合测量及其全局标定。在扫描仪固定机构上建立了基坐标系,为激光跟踪仪提供了位姿观测基准。通过变换标定系统各组件的相对位姿以获取冗余观测数据,采用测量平差优化技术完成了扫描仪基坐标系与自身测量坐标系间的坐标转换关系的标定。此过程在测量之前完成,降低了对测量过程的干扰。利用激光跟踪仪实现了光学扫描仪的实时位姿监测,结合基坐标系标定结果实现了局部视角测量数据的统一转换。基坐标系的标定在测量之前完成,全局标定无需中介标定装置的辅助,减少了坐标转换环节并提高了测量精度与效率。对比实验表明,提出的全局标定与测量技术可有效地控制整体测量误差,能够满足飞机装配质量的在线检测需求。     

一种基于工具坐标系的机器人运动学参数标定方法

机器人末端执行器位姿误差在基础坐标系中表示时,误差模型中包含姿态误差与位置矢量的乘积项,影响了参数标定识别精度。以工具坐标系为参考系,给出一种基于指数积公式包含关节约束条件的机器人位姿误差标定模型,避免了姿态误差与位置矢量的乘积项对参数标定识别精度的影响。以UR5机器人为标定对象,采用LeciaAT960-MR激光跟踪仪为测量设备,进行参数标定试验。试验结果表明,经参数标定后UR5机器人位置误差模和姿态误差模的平均值分别减小了91.07%和89.16%。     

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。     

机器人气囊抛光工具的参数标定

针对工业机器人气囊抛光工具参数标定困难的问题,提出一种简便有效、易于操作的工具坐标系参数标定新方法。首先介绍了工具坐标系的标定原理,建立了机器人抛光系统的各个坐标系,然后根据工件转台与机器人的位置关系,提出一种只依靠机器人系统本身的工具参数标定算法,采用姿态转换及简单几何数学的计算即可实现。最后,以ER20D-C10型机器人为试验平台,对气囊抛光工具的参数进行标定并与传统标定方法对比,结果表明该方法是一种易操作、高精度的工具参数标定方法,满足机器人气囊抛光的技术要求。     

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。     

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。     

基于最优位姿集的机器人标定及不确定度评定

为解决因标定位姿点随机选择导致机器人标定结果不稳定、可靠性低问题,研究了基于雅克比矩阵奇异值计算可观测 指标的最优位姿点数目及最优位姿集选择算法,建立了机器人 MDH 模型,采用 LM 算法对几何参数进行辨识,使用 LeicaAT960 激光跟踪仪分别在最优位姿集和随机位姿集下对 Staubli TX60 机器人末端位姿大量实测;在分析研究机器人标定不确定度来 源基础上,采用测量不确定指南(GUM)计算几何参数标定的不确定度及蒙特卡洛模拟法对机器人末端位置不确定度进行评 估,结果表明,经最优位姿集标定后的机器人不仅在测试点精度有大幅提升,而且几何参数及末端位置平均不确定度约为随机 位姿集标定的 0. 11 倍,标定结果稳定可靠,泛化能力强,适于在高精度、大范围作业场合推广应用。     

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°。     

基于机器人的对接位姿视觉测量系统标定研究

针对传统的相机内参矩阵和相机位置参数标定方法较为繁琐复杂且与相机内参标定互相割裂的痛点,本文设计了一种基于机器人的对接位姿视觉测量系统标定方法,利用采集得到的不同位姿关系下标定板图像以及对应的末端机器人末端执行器位姿数据,解算视觉位姿测量过程中涉及到的不同坐标系间位姿转换关系,一次性完成相机内参标定和相机位置参数标定....     

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。     

单目视觉双臂机器人相对位姿的快速标定

由两个独立机械臂组成的双臂机器人系统,两个机械臂分别有各自独立的基坐标系,针对此类双臂机器人基坐标系相对位姿的确定问题,提出了单目视觉双臂机器人相对位姿标定方法。将相机安装在其中一机械臂末端执行器上组成手眼系统,标定板安装在另一机械臂末端执行器上,保持安装有相机的机械臂位姿固定不动,控制安装有标定板的机械臂运动达到任意不同的拍照位置,相机拍照并同时从机器人返回并记录下每个拍摄位置的机器人参数,联立解出基坐标系间的相对位姿关系。将实验结果应用于智能变电站隔离断路器自动检修双臂机器人,证明此方法能够满足实际工作需求,便于实际应用。     

利用激光跟踪仪对机器人进行标定的方法

提出一种简单的利用激光跟踪仪和线性方程最小二乘解对机器人进行标定的方法。通过将机器人运动学方程线性化,建立机器人末端凸缘盘位置误差与连杆D-H参数误差的关系方程。利用激光跟踪仪确定机器人的基坐标系,并通过圆周法求解每个关节电动机的直线方程,进而可以求得机器人的连杆扭角。通过激光跟踪仪测量机器人目标点的坐标值,并通过串口获得机器人6根轴的角度值建立标定方程。通过求解此方程,获得机器人的实际D-H参数,并将此参数应用于修正系统的运动学模型,能够提高机器人的绝对精度。最后对解算过程中的误差和原因进行说明,并对机器人的误差原因进行分析,指出标定过程中需要注意和改进的几个问题。     

机器人光学自由曲面气囊抛光工具的位姿研究

为了更好实现光学自由曲面的有效加工,根据计算机控制光学表面成型技术原理,将工业机器人与气囊抛光技术相结合,提出一种光学自由曲面加工的新方法。本文首先建立了机器人抛光系统,分析了气囊抛光工具与工件表面的抛光位姿关系,然后根据气囊抛光工具与工件表面的数学关系,提出一种气囊抛光工具的位姿求取算法。在此基础上,以六轴工业机器人为实验平台,对确定的自由曲面进行计算验证,规划出抛光路径,推导了气囊抛光工具姿态控制算法。结果表明,该位姿求取算法满足机器人气囊抛光技术的要求,能够实现理想的抛光工具姿态控制。     

基于自控测距的液压启闭机油缸清洁机器人位姿跟踪研究

针对当前机器人开展清洁工作时只考虑方向信息而未考虑异常情况,导致位姿末端跟踪结果不精准的问题,研究基于自控测距的液压启闭机油缸清洁机器人位姿跟踪技术。充分考虑到清洁机器人清洁过程中位姿不断变化,使用激光跟踪仪进行跟踪布局。提取机器人动态特征,计算俯仰轴姿态角、机器人前进位移,以此为依据构建清洁机器人位姿跟踪数学模型。使用自控测距法进行位姿跟踪,解决无相应幅值标志物条件下的非系统误差问题。通过对机器人各个角度的补偿,实现了机器人末端位姿误差的最小化。由仿真结果可知：该方法运动轨迹与实际轨迹基本一致,所跟踪的末端位姿坐标与实际坐标位姿一致。     

基于UKF的机器人末端执行器位姿实时估算方法

为了能在工业机器人运动过程中快速准确地估算出末端执行器的位姿,提出了一种基于unscented卡尔曼滤波器（UKF）的末端执行器位姿实时估算方法,并将该方法应用于以激光跟踪仪作为反馈系统的工业机器人中。首先,在工业机器人运动过程中实时获取各个关节运动参数,并结合工业机器人的结构参数计算末端执行器的位姿初值,然后借助于激光跟踪仪实时跟踪测量固定在机器人末端执行器上的一个测量点,运用UKF融合以上两类数据,估算出末端执行器的实时位姿。计算机仿真验证了该方法的有效性与实时性,同时表明该方法具有易于实现、计算速度快和精度高等优点。     

机器人坐标系与激光跟踪仪坐标系的快速转换方法

针对机器人坐标系与激光跟踪仪坐标系的转换问题,提出一种机器人单轴旋转运动与自身读数相结合的方法。将靶标球安装在机器人末端,用激光跟踪仪实时测量球心坐标,对机器人单轴转动产生的圆弧轨迹进行空间圆拟合,由三个空间圆的单位法向量可得到旋转矩阵。再求取球心初始位置相对于机器人默认工具点的坐标偏移量,便可反推机器人坐标系原点在激光跟踪仪坐标系下的坐标,即平移向量。实验结果表明,转换后空间点X、Y、Z坐标的RMS误差分别为0.216 mm、0.111 mm、0.157 mm。