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。     

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...     

基于标准球距离约束的工业机器人参数标定

针对工业机器人绝对定位精度偏低,在工业应用中受到一定的限制的问题,提出了一种新型基于标准球距离约束的工业机器人参数标定方法。首先采用MDH模型建立机器人运动学模型;其次将接触式测头安装在工业机器人的末端法兰盘上,搭建了一个三角标定平台,平台上刚性连接了3个直径为25.4mm的标准球,每2个球之间的理论的球心距为300mm,用接触式测头分别探测3个标准球面上的点,并记录相应关节角的值;最后,通过最小二乘拟合得到标准球的球心坐标,与三坐标测量机测得的实际球心距进行距离约束,并采用Levenberg-Marquardt算法求得运动学参数误差。共进行5个平台方向的实验,并用另外5个平台方向的数据进行误差补偿验证。实验结果表明:平均球心距偏差从2.6812mm减小到0.5694mm,标准偏差从0.6738mm减小到0.1407mm。     

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。     

基于线结构光传感器的工业机器人运动学参数标定

针对工业机器人绝对定位精度较低问题,提出一种基于线结构光传感器的工业机器人运动学参数标定方法.首先,将线结构光传感器固定安装在机器人末端,建立传感器测量模型,然后建立机器人运动学模型,通过手眼关系将传感器模型与机器人模型连接组成完整的标定系统模型.其次,使线结构光传感器在不同位姿下对某一固定点进行测量,得到该点在机器人...     

基于视觉辅助定位的机械臂运动学参数辨识研究

标定机器臂的运动学参数可以有效提高机械臂的绝对定位精度。针对一般平面约束标定方法往往通过手动示教获取测量数据,效率低,提出一种基于视觉辅助定位约束平面的机械臂运动学参数辨识方法。为了弥补双目视觉视场范围狭小的弊端,在约束平面上粘贴3个靶点,以此将对平面的定位等效成对靶点的定位。应用双目视觉系统提取靶点中心并进行立体匹配,得到靶点在机械臂基坐标系下的三维位置信息;同时构建靶点坐标系,以此规划出按一定规律分布的约束点;为了进一步提高标定精度,建立双平面约束误差模型,通过两垂直平面上任意非共线的3个点得到一系列法向量,每一对法向量的数量积为0,即增加了约束方程;利用机械臂对相互垂直的两约束平面自动进行接触式测量,通过改进的最小二乘法辨识出真实的运动学参数误差。实验结果表明,基于双平面约束误差模型,修正运动学参数后,机械臂绝对位置精度由1.234 mm提高到了0.453 mm。该方法实现了数据的自动化测量,大大提高了标定效率,为机械臂批量标定提供了参考,具有工程意义。     

融合加权SVD改进算法的工业机器人运动学标定

针对环境或人为因素引入的测量粗差对测量坐标系和机器人基坐标系的转换存在较大影响的问题,对奇异值分解(SVD)算法进行了改进,并将其应用于机器人运动学标定中。以ABB-IRB2600型机器人为研究对象,建立修正型D-H(MD-H)运动学模型和误差模型;通过激光跟踪仪测量得到机器人末端靶球位置坐标,在SVD算法中,根据补偿前位置误差大小对测量数据重新分配权重,转换测量坐标系和机器人基坐标系;使用Levenberg-Marquart(L-M)算法进行了误差参数辨识,并在Matlab中对机器人25个运动学参数进行了仿真补偿。仿真和实验结果表明,加权SVD算法稳定性更优,能够减小测量粗差影响,经标定后机器人的平均绝对误差降低了65.10%,均方根误差降低了65.85%,其绝对定位精度得到了明显提高。     

On the comparison of bilinear, cubic spline, and fuzzy interpolation techniques for robotic position measurements

This paper describes a novel technique for position error compensations of robots based on a fuzzy error interpolation method. A traditional robot calibration implements either model or modelless methods. The compensation of position error in a model-less method is to move the robot's end-effector to a target position in the robot workspace, and to find the target position error online based on the measured neighboring four-point errors around the target position. For this purpose, a stereo camera or other measurement device can be used to measure offline the position errors of the robot's end-effector at predefined grid points. By using the proposed fuzzy error interpolation technique, the accuracy of the position error compensation can be greatly improved, which is confirmed by the simulation results given in this paper. A comparison study among various interpolation methods, such as bilinear, cubic spline, and the fuzzy error interpolation technique is also made via simulation. The simulation results show that more accurate compensation results can be achieved using the fuzzy error interpolation technique compared with its bilinear and cubic spline counterparts.     

基于模糊迭代Q-学习的冶金工业机器人轨迹跟踪控制研究

冶金工业机器人在现代工业生产中扮演着越来越不可替代的角色。由于工业自动化程度的大幅提升,人们对冶金工业机器人的性能也不断地提出新要求,尤其是对其控制系统的稳定性提出了更高的要求。针对目前冶金工业机器人轨迹跟踪精度较低且不具有自适应动态调节特性等问题,提出了一种模糊迭代Q-学习控制算法。以6-DOF（six degree-of-freedom,六自由度）双臂机器人为研究对象,利用Fuzzy工具箱编写模糊控制规则,以机器人产生的位置误差以及位置误差的变化率为模糊控制器的输入量,并引入Q-学习策略,以调整模糊控制器中的量化因子、比例因子以及迭代学习控制中的PD（proportional derivative,比例微分）参数,完成模糊迭代Q-学习控制器的设计。然后,联合ADAMS（automatic dynamic analysis of mechanical systems,机械系统动力学自动分析）和MATLAB软件搭建6-DOF双臂机器人仿真平台,开展高精度轨迹跟踪的轴孔装配任务模拟。仿真结果表明,6-DOF双臂机器人关节空间的轨迹跟踪精度较高,同时可以完成双臂轴孔协调装配任务,验证了所提出控制算法的有效性和先进性。研究结果可为双臂协作机器人实现高精度轨迹跟踪的轴孔装配提供参考,具有一定的实际应用价值。     

关节臂式测量机动态误差分析与补偿

关节臂式测量机误差来源多且易累积放大,其动态误差分析与补偿成为了国内外学者研究的重点。本文通过分析热变形误差、测量力误差与角度编码误差三种主要误差因素,得出了关节臂式测量机工作的最佳温度值以及表征其动态误差的三种误差因子——最大定位误差（MPE）、残余定位误差（RPE）和关节转角值（JA）。针对以上误差因子,本文提出了将T-S模糊神经网络（T-S Fuzzy Neural Network, T-S FNN）在自学能力和大规模运算方面的优势以及模拟退火算法（Simulated Annealing, SA）对全局寻优的能力相结合的新补偿方法,并建立了模型。经正交实验表明本文提出的补偿方法使动态过程中的误差分别减小了88.8%、80.2%、71.3%,证明该模型能够有效提高测量机的动态测量精度。     

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。     

微纳米三坐标测量机三轴垂直度误差测量及建模补偿

垂直度误差是微纳米三坐标测量机的重要误差源之一,必须对其进行高精度测量并建立垂直度误差的补偿模型.采用基于光电位置敏感器件(PSD)的测量装置,先将三轴垂直度误差转化成相应方向的直线度误差再对其进行测量,并对微纳米三坐标测量机的垂直度误差进行建模和补偿.通过对0级标准量块厚度进行测量和垂直度误差补偿,量块X、Y方向厚度...     

基于多传感器融合信息的移动机器人速度控制方法

为提高移动机器人在复杂环境下的速度控制精度和适应能力,提出了一种基于多传感器融合信息的移动机器人速度控制方法.首先,根据多传感器非线性优化融合理论,通过最小化运动观测残差的方法来构建移动机器人运动状态优化估计模型.然后,对利用单目相机、轮式里程计及惯性测量单元(inertial measurement unit,IMU...     

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。     

基于多基站激光跟踪仪的机器人位姿精度测试方法

针对机器人末端位姿精度测试的需求,提出了基于多基站激光跟踪仪的测试方法.该方法采用三靶球测量方案,通过非线性最小二乘法求解转站参数,并融合多基站测量数据实现机器人末端位姿精度的测试.通过直线导轨和转台标准器对该方法的测试效果进行实验验证,结果显示相对于单基站激光跟踪仪的测试方法,三基站测量的定位精度提升了38.5％,定...     

Dynamic Analysis of Three-link Robot

As modern society is developing rapidly,the robots in our lives as well as industrial manufacturing and other aspects have occupied an important position. Requirements for the robot control and accuracy are getting higher and higher,and the dynamic control of the robot has thus been getting the better development. The dynamic problem of the robot is helpful to keep the dynamic characteristics and static characteristics of the robot,which is of great significance to the control problem of the robot. In the process of dynamic analysis of the three-link robot,the system model of the three-link robot is simplified accordingly,and then the classical Lagrangian functional equilibrium method is used to derive the robot dynamics equation. After the kinetic equation,based on the passive characteristics of the three-link robot arm,we use the PD control with gravity compensation for the robot,and use the Lyapunov function to prove that the system has any trajectories in the vicinity of the equilibrium state under any initial condition which is near the equilibrium state,proves the stability of the three-link robot system.     

Design optimization of industrial robots considering the working environment

Industrial robots are being used increasingly in complicated working environments where there are obstacles. Industrial robots most suitable for a given working environment should be designed such that they avoid obstacles while moving in the designated working space. In this paper, a design optimization method is proposed for two-degree-of-freedom rotary angular jointed robots for use in such an obstacle-inclusive working environment. In this method, the lengths of the arms and the directional orientation of the robot installation are theoretically determined. First, the algorithmic procedures of the optimization method are presented. Then analytical procedures for obtaining the feasible set of arm lengths are described. Finally, effectiveness of the method is demonstrated for designing a robot used in a given working environment.     

收发分体式四自由度激光测量系统耦合误差建模与补偿

线性导轨广泛应用于精密机床和仪器,其运动精度直接影响所在设备的空间定位精度。针对团队前期研制的收发分体式四自由度激光测量系统可以测量导轨直线度、俯仰角和偏摆角,但其直线度与角度测量结果间存在耦合干扰问题,提出了一种误差建模与补偿方法。根据激光测量系统的原理和结构,分析并确定了耦合误差的主要来源,利用矩阵光学及齐次坐标变换的方法建立了耦合误差的补偿模型。以雷尼绍XL-80型激光干涉仪为基准,对所建立的误差补偿模型进行了实验验证,结果表明:利用所建模型补偿后的直线度和角度测量误差均降低了75%以上。所提出的误差建模与补偿方法不但有助于提高四自由度激光测量系统的精度,同时也有助于降低其成本。     

新型模块化可重构机器人设计与运动学分析

采用模块化设计思想,设计了一种新型可重构工业机器人.通过对机器人进行结构优化设计,机器人的负载自重比达到1/4.5.机器人各关节模块的结构均相同,大幅减少了设计工作量;关节模块中传动部件均采用通用件,降低了机器人的成本.通过关节模块和手臂模块的组合,可形成多种机器人构型.针对其中一种机器人构型,利用DH法建立了机器人正运动学模型.该构型机器人不符合相邻的3根关节轴线交于一点的条件,利用传统方法很难求得全部逆解,因此提出一种代数法与几何法相结合的新方法,求得该构型机器人逆运动学的完整解析解.机器人运动学分析的正确性通过算例进行了验证,为机器人的运动控制奠定基础.     

Extended Kalman filter-based sensor fusion for operational space control of a robot arm

Accurate measurements of positions, velocities, and accelerations in both joint and operational space are required for achieving accurate operational space motion control of robots. Servomotors used for joint actuation are normally equipped with position sensors and optionally with velocity sensors for interlink motion measurements. Further improvements in measurement accuracy can be obtained by equipping the robot arm with accelerometers for absolute acceleration measurement. In this paper, an extended Kalman filter is used for multisensor fusion. The real-time control algorithm was previously based on the assumption of a jerk represented as a processed white noise with the zero mean. In reality, the accelerations are varying in time during the arm motion, and the zero mean assumption is not valid, particularly during fast accelerating periods. In this paper, a model predictive control approach is used for predetermining next-time-step jerk such that the remaining term can be modeled as Gaussian white noise. Experimental results illustrate the effectiveness of the proposed sensor fusion approach.