机器人实际几何参数识别与仿真

机器人末端位姿的精度依赖于各连杆几何参数的精度,为了提高机器人的位姿精度,需要对机器人进行标定。讨论了运动学模型的建立方法,基于修正的ＤＨ模型和微分变换关系推导出机器人实际几何参数识别的全部公式。该方法要求测量各关节角的码盘数值和机器人的基坐标系下的位姿。     

一种移动加工机器人的视觉定位方法

针对移动机器人多站位加工需求,提出一种在加工现场仅需一次三维视觉测量便可确定移动机器人基坐标系相对工件坐标系位姿的方法。该方法首先利用激光跟踪仪和视觉传感器测量信息分别构造机器人基坐标系相对工件坐标系的齐次变换矩阵;然后以有限位形下后者相对前者偏差的二范数之和最小为目标,辨识机器人全关节运动误差的二次响应面系数。据此,在用视觉传感器获取工件坐标系相对视觉坐标系的位姿后,便可用二次响应面系数修正机器人基坐标系相对工件坐标系的位姿偏差,并通过一次在线视觉测量便可实现移动机器人的快速定位。以一台搭载在AGV上的混联加工机器人为例,通过试验验证了所提出方法的正确性和有效性。     

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...     

六轴工业机器人的误差补偿方法

提出一种基于误差模型的机器人运动学结构参数和角度参数补偿方法。利用D-H算法建立了机器人运动学方程,推导相对于末端坐标系的机器人运动学误差模型,提出将结构参数映射综合到关节角度参数的运动学参数补偿方法,为了解决补偿过程中各关节角度误差问题,设计了一套基于关节角度校正的机器人运动学参数补偿实验方法,实验结果验证了所提出方法的有效性。     

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。     

通用机器人视觉检测系统的全局校准技术

介绍了基于通用机器人的车身在线柔性视觉检测系统的工作原理和在复杂现场环境下使用激光跟踪仪和测量臂进行全局校准的实用方法。基于测量姿态的全局校准方法利用机械约束将传感器坐标系和靶标坐标系统一起来,实现测量姿态时传感器坐标系与系统基准坐标系的坐标转换。基于机器人运动学模型的全局校准方法利用机器人末端关节位姿可通过正向运动学获知的特点,在现场构建机器人基坐标系,并通过坐标变换获得与机器人运动精度无关的手眼关系,实现了任意姿态时的全局校准。实际测量的结果表明,应用两种校准方法后系统的重复性精度都十分理想,测量装置重复测量标准差和系统重复测量标准差分别为0.07mm和0.13mm,能够满足在线监控白车身加工尺寸变化的精度要求;系统进行坐标测量时的误差分别为±0.2mm和±0.8mm。     

基于光刀图像的机器人示教纠偏方法

为了解决机器人辅助在线检测系统示教过程中效率低、人为干预多的问题,针对孔类特征,提出一种通过处理光刀图像获取机器人位姿纠正参数的方法.在该方法中,纠偏过程按照将图像光刀线调整为水平方向、将被测特征调整至图像中央、根据不同特征调整最优扫描方向3个步骤进行.根据光刀图像可以求出测量坐标系与被测特征的位姿关系,并得到该位姿与...     

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。     

机器人柔性坐标测量系统现场校准技术研究

机器人柔性坐标测量系统能够实现大型工件尺寸在线快速测量,是自动化生产线的关键质量监控设备.现场校准技术是柔性坐标测量系统的关键技术之一,校准精度直接影响系统测量精度.现场精确建立机器人末端工具坐标系与视觉传感器坐标系形成的手眼关系、机器人运动学模型参数以及机器人基坐标系是现场校准的主要内容.通过设计中间靶标,利用激光跟踪仪直接测量的方法建立手眼关系,其转换精度不受机器人运动学误差影响;设立校准球体,实现基于距离不变模型的连杆参数现场快速校准;根据机器人正向运动学模型和激光跟踪仪的测量,利用基于奇异值分解的配准方法求解转换矩阵,高精度地建立机器人基坐标系.经过激光跟踪仪一次校准后,测量系统可利用基准球体实现机器人快速在线校准,减小模型参数变化对测量系统精度的影响.试验证明,校准后的测量系统整体误差低于0.2 mm.     

双臂空间机器人基于高斯型函数的姿态、关节运动模糊自适应补偿控制

讨论了载体姿态受控、位置不受控情况下,具有未知载荷参数的漂浮基双臂空间机器人系统关节运动的控制问题。利用拉格朗日方法并结合系统动量守恒关系,分析、建立了漂浮基双臂空间机器人完全能控形式的系统动力学方程。以此为基础,针对双臂空间机器人2个末端爪手所持载荷参数未知的情况,设计了一种基于标称计算力矩控制器附加模糊自适应补偿控制器的复合控制方案,即通过模糊自适应补偿控制器来弥补系统参数未知对标称计算力矩控制器控制精度的影响,以确保存在未知系统参数情况下整个闭环控制系统的渐近稳定性。该控制方案能够有效地控制漂浮基双臂空间机器人的载体姿态及机械臂关节协调地完成期望的轨迹运动,并具有不需要反馈和测量双臂空间机器人载体的位置、移动速度、移动加速度,同时也不要求系统动力学方程关于系统惯性参数呈线性函数关系的显著优点。通过系统数值仿真证实了该方案的有效性。     

Kinematic parameter calibration method for industrial robot manipulator using the relative position

A new calibration method for industrial robot system calibration on a manufacturing floor is presented in this paper. To calibrate the robot system, a laser sensor to measure the distance between robot tool and measurement surface is attached to the robot end-effector and a grid is established in the floor. Given two position command pulses for a robot manipulator and using the position difference between two command pulses, the relative position measurement calibration method will find the real robot kinematic parameters. The procedures developed have been applied to an industrial robot. Finally, the effects of the models used to calibrate the robot are discussed. This calibration method represents an effective, low cost and feasible technique for the industrial robot calibration in lab. projects and industrial environments.     

On the comparison of model-based and modeless robotic calibration based on a fuzzy interpolation method

Traditional robot calibrations implement either model-based or modeless methods. A model-based calibration method normally involves four steps: kinematic model definition of the robot, measurement process of the robot’s positions, identification of the kinematic model of the robot and compensation of the position errors. This type of method can be both time consuming and complicated because of the identification and compensation processes. Most traditional modeless methods are relatively simple and practical, but their calibration accuracy is relatively low and most of them are only suitable for the robot’s calibration in the 2D domain and in relative small workspaces. This paper provides a novel modeless fuzzy interpolation method to improve the compensation accuracy for robot calibration in the 3D workspace. A comparison between the model-based and modeless fuzzy interpolation calibration method is made. The simulated results show that the modeless fuzzy interpolation method is compatible with the model-based calibration method, and even outperforms a model-based counterpart in terms of accuracy and complexity in a relatively compact workspace.     

一种结合 TCP 标定的深度相机手眼标定方法

手眼标定是机器人实现视觉引导下精准作业中的关键技术。传统手眼标定和机器人工具中心点(TCP)标定分开进行,存在较大累积误差,同时针对深度相机的手眼标定存在精度不足的缺点。本文提出了一种结合TCP标定过程同步标定深度相机手眼关系的新方法。方法基于深度相机观测和TCP标定相同的标定平面,相机坐标系下标定平面方程和机械臂坐标系下标定平面方程为对应关系,通过平面方程之间的变换来计算手眼关系。本文方法减少了TCP和手眼关系独立标定累积误差影响,节约标定时间和标定件成本。仿真和实测结果表明,本文方法提高了深度相机手眼标定精度,标定后实测位置误差平均为0.2 mm,为机器人视觉控制系统高精度作业所需标定提供了一种新的思路。     

基于爬壁机器人技术的油罐容积测量新方法的研究

大型石油储油罐经过长期使用后 ,会由于油罐变形而导致其容积变化。因此需要在油罐的使用过程中对其容积进行重新测量。通常采用的传统测量方法 ,如光学参比法和围尺法 ,其操作者的劳动强度大 ,操作危险 ,测量效率低。本文提出的基于爬壁机器人技术的油罐容积测量新方法 ,在此称为自移动法 ,该方法由爬壁机器人绕油罐爬行 ,通过安装于机器人上的一系列传感器而测量计算出油罐容积。该方法提高了测量的自动化程度和测量效率 ,并满足测量精度的要求     

基于病态参数分离的机器人运动学标定测量构型优化

针对一种高灵巧性机器人及其连杆参数高敏感性与高定位精度需求,为解决机器人运动学标定随机测量构型存在绝对 定位精度低、参数辨识效果及标定结果鲁棒性较差的问题,提出一种病态参数分离与 DETMAX-改进差分进化(DETMAX-IDE) 算法的机器人运动学标定测量构型分步优化方法。 首先,建立机器人位置误差模型。 其次,建立一种可观性综合指标,评价不 同机器人标定测量构型的总体可观测性和灵敏度。 最后,分离机器人运动学位置误差模型的病态参数,建立测量构型优化目标 函数和约束条件,提出一种基于 DETMAX 算法与改进差分进化算法结合的分步迭代优化算法(简称为 DETMAX-改进差分进化 算法,简写为 DETMAX-IDE 算法),开展机器人运动学标定测量构型分步迭代优化。 通过机器人运动学标定仿真与实验,验证 了所提方法的有效性。 实验结果表明,与随机测量构型相比,所提方法对应的机器人绝对定位精度的平均值和均方差分别降低 了 62. 09% 和 62. 45% 。     

基于P3P原理的装配机器人手眼标定方法研究

针对一类微装配机器人的固定式手眼系统,提出了一种标定方法。采用P3P位姿测量原理获得空间点在摄像机坐标系中的坐标,从而建立机器人空间坐标系与手眼坐标系的位姿关系,给出了手眼系统标定的具体步骤,建立了标定方程组及其基于最小二乘法的求解方法。考虑到计算和测量误差等因素带来的旋转矩阵非单位正交矩阵的问题,采用了一种简单的校正算法进行修正。该方法无需复杂的辅助设备,标定过程简单,相关实验验证了该方法的标定精度和有效性。     

基于标定板的协作机器人Denavit-Hartenberg参数标定研究

提出一种基于标定板的协作机器人Denavit-Hartenberg参数标定方法。应用这一方法,将协作机器人拖曳至标定板的不同位置,得到不同位置的位置偏差,构建协作机器人误差方程。应用Denavit-Hartenberg参数法建立协作机器人的误差模型,采用刚体微分运动方法对误差模型进行化简,并结合误差方程优化协作机器人的Denavit-Hartenberg参数。这一标定方法具有操作简便、通用性强的优点,通过试验验证了这一方法的有效性。     

一种基于平面精度的机器人标定方法及仿真

研究了一种测量简便、成本较低的基于平面精度的机器人标定方法,该方法限定了机器人末端手爪在其工作空间的平面内运动。在机器人的平面运动过程中,由关节驱动器记录平面上各采样点处的关节值并将这些值作为标定数据,避免了使用其他测量工具的复杂测量过程。建立了相应的评价方程以描述机器人所得位姿数据对该平面的逼近程度;给出了对应具体误差参数的辨识雅可比矩阵的求解方法,得出基于该雅可比矩阵的参数误差,并将该误差反向代回机器人运动学求解过程;最后使用MATLAB下的机器人工具箱建立了两连杆机器人模型,对该方法进行了仿真验证,仿真结果表明该方法将机器人绝对定位精度提高了50倍。     

Local POE model for robot kinematic calibration

A robot kinematic calibration method based on the local frame representation of the product-of-exponentials (Local POE) formula is introduced. In this method, the twist coordinates of the joint axes are expressed in their respective local (body) frames. The advantages of this new approach are threefolds: (1) revolute and prismatic joints can be uniformly expressed in the twist coordinates based on the line geometry; (2) the twist coordinates of the joint axes can be set up with simple values because the local frames can be arbitrarily defined on the links; (3) the kinematic parameters described by the twist coordinates vary smoothly that makes the method robust and singularity-free. By assuming that the kinematic errors exist only in the relative initial poses of the consecutive link frames, the kinematic calibration models can be formulated in a simple and elegant way. The calibration process then becomes to re-define a set of new local link frames that are able to reflect the actual kinematics of the robot. This method can be applied to robot manipulators with generic open chain structures (serial or tree-typed). The simulation and experiment results on a 4-DOF SCARA type robot and a 5-DOF tree-typed modular robot have shown that the average positioning accuracy of the end-effector increases significantly after calibration.     

基于改进IGG3权函数距离误差模型的工业机器人标定

在工业机器人的标定过程中,测量粗差数据会对标定结果精度产生影响,为此,提出了一种基于改进IGG3权函数距离误差模型的工业机器人标定方法,将改进的IGG3权函数最小二乘辨识算法用于工业机器人距离误差标定中,以进一步提高工业机器人的标定精度。以SR4C型工业机器人为研究对象,建立了机器人距离误差数学模型,进行了IGG3权函数最小二乘辨识算法的理论研究。构建了机器人标定实验系统,进行了基于改进IGG3权函数距离误差模型的工业机器人标定实验,实验结果表明,所提方法可有效减小粗差数据对标定精度的影响。该方法可用于工业机器人标定和校准领域,以提高工业机器人定位精度。