一种通用的工业机器人位姿检测方法

为满足带有不同末端执行器的工业机器人系统的绝对位姿检测需求,提出一种通用的检测方法。其基本原理是以激光跟踪仪测量固定在机器人末端的4个参考点从而间接测量机器人的绝对位姿,并与指令位姿比较实现机器人位姿准确度和位姿重复性检测;其中,参考点坐标及机座坐标系通过多姿态约束同步标定,并设计非线性标定算法。通过末端带有制孔执行器的KUKA KR210 R2700工业机器人的位姿检测实验表明：该检测方法的准确性可满足机器人位姿检测的需要,且无需特殊的机械工装,具有良好的通用性;基于多姿态约束的非线性标定方法具有良好的鲁棒性,可有效的减小因机器人运动模型不准确引起的标定误差。     

国产激光跟踪仪在工业机器人校准中的应用

针对工业机器人绝对定位精度低的问题,开发国产激光跟踪仪位姿检测系统,建立“手眼关系”模型,调校工业机器人控制系统参数并进行误差补偿,优化控制性能,有效提高了工业机器人的绝对定位精度。该文阐述了国产激光跟踪仪位姿检测系统的组成、校准检测方案与流程,并通过实际案例展示其在工业机器人校准及参数补偿中的作用。应用案例表明,该国产激光跟踪仪位姿检测系统易于实现,通用性好,有极大的推广价值。     

机器人与激光跟踪仪的坐标系转换方法研究

激光跟踪仪对工业机器人的末端位姿进行绝对定位精度标定时,需要把测量坐标系和机器人坐标系下的坐标值转换到同一坐标系下,坐标值的比较才有意义。因为机器人运动学模型误差的存在,使得机器人坐标系下的点不能遵循着唯一确定的变换关系变换到测量坐标系,所以坐标系的变换精度不高。在建立齐次变换形式的变换模型之后,通过分析坐标系变换过程中的误差来源,提出结合最小二乘法的RANSAC快速转换算法。从测量样点中随机选择一定量的样点拟合变换模型,在获得多个变换模型之后,利用评判模型选择最优模型。结果表明:相比于常规的求解方法,机器人和激光跟踪仪的坐标转换精度提高3倍。RANSAC算法能有效地降低机器人模型误差对求解变换关系的影响,并且实验过程快速、操作简单。     

基于激光跟踪的机器人三维空间定位方法

为了解决激光跟踪机器人的三维空间坐标计算问题,该文以重庆苏家沟特大桥为例,采用理论分析的方法计算机器人在工作坐标系的坐标,并将激光跟踪的机器人定位实测结果与传统桥梁工程测绘结果进行对比。结果表明,在机器人表面安装反射棱镜,全站仪通过激光自动跟踪反射棱镜,随着机器人的移动,全站仪输出机器人在全站仪坐标系下的坐标,根据提出的标定方法可以得到坐标系转换关系,即可实时获得机器人在工作坐标系的坐标。激光跟踪的机器人定位实测结果与桥梁工程测绘结果的对比表明,两者的平面坐标误差小于或等于4.27 cm,高程误差小于或等于4.14 cm。     

多边法位姿测量系统中跟踪方式对测量精度的影响研究

为了精确测量大尺寸位姿,建立了一种由7台激光跟踪干涉仪组成的大尺寸位姿测量装置。根据测量各反射镜的激光跟踪干涉仪数量的不同,采用322和331两种跟踪方式对位姿测量精度的影响进行仿真实验,从而发现被测点位置与基站构成平面的距离相关,由坐标解算公式推导被测点坐标值与测量基站之间的相对位置与测量误差间的误差模型,通过分析x、y、z 方向上误差对距离变化的敏感程度,发现z方向距离变化引起的误差最为敏感。当被测点与测量基站的距离由1300.8mm减小到0mm时,测量误差由2.2μm增大到2626.1μm。实际姿态测量结果表明:当采用一种跟踪方式时可以避免被测点与测站点平面过近,有利于提高系统测量精度,所提出的误差模型可为多边法位姿测量系统的优化布局提供一种量化的理论分析方法。     

面向机器人标定的单激光跟踪仪顺序多站式测量系统建模与分析

为实现大型串联工业机器人的高精度标定,搭建了一种单激光跟踪仪的顺序多站式测量系统。该系统仅需单台激光跟踪仪,先后在不同的基站位置对工业机器人的末端位置进行独立测量,并基于多边测量方法计算机器人的末端位置。计算过程中仅需激光跟踪仪的距离信息,有效地优化了末端位置的测量不确定度。首先,建立了该测量系统的仿真模型,深入地分析了测量点的数量与分布形状、测量距离以及工业机器人定位精度等因素对系统测量精度的影响;然后,依据分析结果确定单激光跟踪仪顺序多站式测量系统的搭建方案。实验结果表明:该系统在2.5 m距离上的测量误差仅为0.023 mm,优于激光跟踪仪的测量精度,满足大型串联工业机器人参数标定的测量精度要求。     

基于三维空间的刚体位姿测量分析与仿真研究

本文针对刚体在三维空间中的位姿测量问题及数据可靠性的需求,提出一种基于三维空间的刚体位姿测量分析方法。首先,对位姿测量装置的结构进行分析,采用基于3-2-1六点定位原理的位姿测量算法,对刚体位姿坐标系建模,并求解相应的位姿关系式,利用实体设备,对位姿测量装置进行测量精度分析。结果表明：该方法在位置和姿态上符合实际情况,满足工业生产的测量精度要求,具有较好的稳定性和准确性。     

基于距离精度的测量机器人标定模型及算法

对机器人绝对位置误差进行检测和补偿时,通常要涉及到测量系统坐标系与机器人基础坐标系间的坐标变换,由于这个变换很难精确测定,从而导致测量机器人的绝对位置精度降低.为了克服这一情况,可改用空间两点间的距离精度来衡量机器人的绝对位置精度,这样可简化测量过程.利用距离精度的定义,建立了机器人的距离误差模型,该模型可以避免坐标转换带来的误差,降低对测量系统的精度要求.同时,激光跟踪仪测试技术的应用,使得机器人的位姿测量变得非常容易.最后给出了此模型及算法在IRB2400机器人上的应用实例.     

基于最小PDOP的跟踪仪顺次多站测量站位优化

工业机器人进行大型构件加工时，精确测量机器人与大型构件的相对位置关系是保证加工质量的关键。采用单台激光跟踪仪顺次多站法进行测量时，为了提高测量精度，充分考虑了激光跟踪仪的位置误差，对激光跟踪仪站位优化进行了研究。首先，探讨了激光跟踪仪测量误差主要来源，分析了顺次多站法测量原理；然后，基于最小位置精度衰减因子(PDOP)的方法进行了激光跟踪仪站位的优化，并给出了各站位位置测量精度最优的求解算法。最后，进行了站位优化前后的验证实验，结果表明：优化站位后测量系统的测量精度可提高50%以上，验证了站位优化方法的有效性。     

基于激光跟踪仪的协作机器人标定算法与实验研究

为了提高机器人末端绝对定位精度,提出了一种基于激光跟踪仪测量的机器人几何参数标定方法,对协作机器人的参数误差进行辨识和补偿.为了避免机械臂相邻两个轴平行时会出现奇异性的情况,采用了MDH参数法建立误差模型;为了把测量数据定义在同一坐标轴上,结合了机器人工具坐标系转换(靶球中心点相对于机器人末端坐标系的平移变换);进而用...     

基于激光跟踪仪的超声流量计几何参数实测方法

针对需要现场安装的大口径超声流量计的几何参数外部测量问题,建立了基于激光跟踪仪的大口径超声流量计几何参数测量方法。利用跟踪仪在管道外部测量管段壁面和超声探头的三维特征,并通过三维建模工具获得管段和探头的相对位置关系,进而计算得到流量计几何参数。结合现场测量案例,评估了内径、声道长度、声道角、声道高度等参数对流量不确定度的贡献。该方法不仅解决了管道外部几何参数实测问题,而且能将不确定度水平控制在0.2%左右。与跟踪仪实测值相比,几何参数厂家设置值存在一定的差异,建议厂家和用户给予几何参数实测更多的关注。     

采用激光跟踪仪测量飞机外形

利用激光跟踪仪测量空间点坐标的原理,通过“转站”建立飞机坐标系,采集飞机外形坐标点云,处理数据并建立数学模型。     

基于漫射照明的镭射纸颜色测量方法研究

镭射纸包装材料表面有金属光泽和虹光效果,这一特殊光学效果的存在,使得对镭射纸印刷品表面的颜色测量变得较为困难。研究了不同测试因素对漫射照明条件下镭射纸测量精度稳定性的影响。研究结果显示:不同的测量仪器摆放角度会对镭射纸的测量精度产生影响,且其影响大于白卡纸与镀铝纸;不同的测试点,其测试精度也不相同,通过取多个角度测量结果的平均值,可提高不同测试点之间颜色测量结果的可比性;不同精度的测量仪器也会对镭射纸的测量精度产生影响,仪器本身的精度越高,测量结果越稳定。     

基于摄影测量法的头盔运动姿态测量技术

针对头盔瞄准具精度鉴定系统设计要求,需要精确测量头盔瞄准具活动范围、最大视场角以及相对瞄准线的方位、俯仰、滚转偏差等参数.本文利用加装在座舱内的两个摄像机,获取到两个不同视角的头盔运动影像.采用角锥体法、空间后方交会算法以及基于外方位元素分解的姿态解算算法,推导出了头盔姿态解算的数学模型,实现基于单视角影像的头盔运动姿...     

基于激光跟踪仪的拖曳水槽车速动态校准

针对拖曳水槽测速轮静态标定后动态使用可能导致系统偏差的问题,提出一种基于激光跟踪仪的拖曳水槽车速动态校准方法。首先对激光跟踪仪的测速偏差进行了校准和修正,然后利用其开展了拖曳水槽车速动态校准研究;比较了水槽测速轮系统动态校准和静态校准的差异,发现采用测速轮系统在低车速下示值偏低,建议不同车速下采用不同的编码器系数;分析了车速稳定性和测速轮动态性能对校准结果的影响,探讨了实际情况下校准不确定度的评估方法。     

基于激光跟踪仪折射补偿的三维模体定位精度原位检测方法

提出了基于激光跟踪仪折射补偿的三维模体定位精度原位检测方法,建立了ADM和IFM测距误差补偿与靶球空间位置坐标求解模型,进行了理论模型验证实验与三维模体定位精度检测对比实验,实现了激光跟踪仪在玻璃介质下的高精度测量。实验结果表明:X、Y、Z坐标补偿前后的平均偏差分别由3.410mm、0.407mm、1.732mm减小到0.022mm、0.015mm、0.035mm,相邻点距离的平均偏差由0.266mm减小到0.017mm,与空气中激光跟踪仪的测量精度相当。在此基础上,以无玻璃遮挡的悬挂式检测方法为基准,两种方法测得的定位误差基本吻合。最后,利用蒙特卡洛法分析得到相邻点距离测量误差的标准差为0.012mm,满足检测要求。     

基于线激光扫描的核电换热板厚度测量方法研究

为实现核电换热板厚度尺寸的现场快速检测,搭建了面向复杂薄壁零件厚度测量的线激光三维测量系统,针对线性导轨与传感器相向排列特点的位姿标定方法进行了研究,建立核电换热板三维数字化模型,并针对换热板表面曲率缓变的结构特点,提出基于点点距离与空间聚类的厚度尺寸计算方法,实现核电换热板厚度尺寸高效计算。实验结果表明：系统测量精度优于0.15 mm,检测时间≤2 min,计算的换热板平均厚度0.992 1 mm,可满足企业现场(测量精度优于0.2 mm、检测时间≤5 min)检测要求。