基于预标定的机器人绝对定位误差补偿

文章以LR20型6自由度工业机器人为研究对象,建立了机器人运动学的D-H模型,并在运动学方程的基础上推导机器人微分误差模型。利用激光跟踪仪和配套Spatial Analyzer软件设计运动学标定实验,分区选取100个位姿展开标定,通过采用机器人的预标定来提高参数辨识的准确性。针对标定结果,在Matlab中使用递推最小二乘法进行参数辨识,最后进行二次误差补偿。实验结果显示:按照ISO 9283制定的五点检测标准,绝对定位精度能够达到0.5mm,最大值不超过1mm,平均提高了67.12%。表明该方法较为准确、有效。     

基于预标定基坐标系及MIEKF算法的工业机器人标定方法

为了提高工业机器人的绝对定位精度和标定效率，提出一种基于预标定基坐标系及改进迭代扩展卡尔曼滤波(MIEKF)算法的运动学标定方法。该方法的优点在于用采集的位置数据进行基坐标系和工具坐标系预标定，节省两者拟合的时间。在建立位置误差模型时利用相关系数和复共线性分析去除模型的冗余参数。用MIEKF算法辨识模型的几何参数误差。通过实验对比验证，机器人经补偿后的绝对定位精度提高了88.07%。     

工业机器人几何参数混合优化辨识与标定

为了提高串联工业机器人的绝对定位精度,文章提出了基于圆点分析法(CPA)与最小二乘法相结合的机器人几何参数混合优化辨识标定方法。首先利用CPA对机器人模型进行几何参数初辨识,然后以初辨识结果建立机器人几何误差模型,采用最小二乘法优化求解实现精辨识,再通过距离误差来验证标定效果。通过对埃夫特ER10L-C10工业机器人进行辨识标定实验研究,结果表明:采用文中方法对机器人几何参数辨识标定后其绝对定位误差的最大值、平均值和标准差明显小于理论模型和CPA辨识模型的结果,证明文中方法可以有效辨识标定机器人模型的几何参数,提高机器人的绝对定位精度。     

一种六自由度机器人运动参数标定方法的研究

针对六自由度机器人定位精度问题,在机器人运动学误差模型的基础上提出运动学参数标定方法。通过Levenberg-Marquardt算法实现机器人运动学参数偏差的预辨识,将这些辨识的参数偏差的次优值定义为初始个体分量的中心值,并利用差分进化算法完成精确的辨识,进而获得机器人运动学参数的较优值。为验证所提方法的有效性,采用激光跟踪器和数值模拟的方法进行了运动参数标定的实验研究,结果表明：所提出的运动学参数标定方法能显著提高六自由度机器人的定位精度。     

基于GBDT算法的机器人定位误差分级补偿方法

为进一步提高工业机器人的定位精度,提出一种分级补偿的方法以降低几何和非几何因素引起的定位误差。使用遗传算法优化最小二乘法（GA-LS）进行几何参数误差辨识并补偿到机器人运动学模型中,再通过梯度提升树（GBDT）算法对残余非几何参数误差进行预测,并对残余误差进行补偿,最后以UR10机器人为研究对象进行了实验,验证该方法的准确性。实验结果表明：此分级补偿方法能有效提高机器人的绝对定位精度,补偿后机器人的平均定位误差由2.381 mm降低至0.156 mm,定位精度提升了93.4%;均方根定位误差由2.417 mm降低至0.163 mm,定位精度提升了93.2%。实验结果验证了此分级补偿方法的有效性。     

基于MATLAB的工业机器人码垛单元轨迹规划

针对在线示教再现编程方法受不确定因素影响较大的缺点,在MATLAB软件环境下应用D-H法则对工业机器人本体建立运动学模型,并对码垛工作单元进行了整体建模;在对机器人重复定位精度进行实验验证的基础上,依据实际码垛任务在笛卡尔空间内对机器人末端执行器路径进行了设计,并返回关节空间内对该路径进行了运动学仿真,完成了码垛任务的末端执行器轨迹规划,在模拟工作单元动态特性基础上,提出了一种多变的工作空间内机器人轨迹规划方法。     

基于双结构光视觉的机器人运动学参数标定方法

为解决机器人因运动学参数误差而导致的绝对定位精度损失,提出一种基于双结构光视觉的关节机器人运动学标定方法,具体研究了双结构光光源配合双目视觉在求取光源发射装置空间位置中的应用、推导了出光源装置位置误差与连杆参数误差的误差方程。通过采集机器人若干末端的机器人坐标系位姿与世界坐标系位姿数据,再基于最小二乘理论求取机器人坐标系与世界坐标系的单应性矩阵,将之后采集的点通过单应性矩阵转换到机器人坐标系下的位姿。再通过误差方程来获取连杆参数误差,并对其真实参数进行修正,从而提高机器人定位精度。最后讨论了该方法在SK-10R关节机器人上进行标定的实验结果,结果表明该方法能实现机器人空间位姿的标定,在低成本的条件下大幅提高机器人的绝对定位精度。     

基于双目视觉和距离误差模型的工业机器人运动学参数标定方法

基于距离误差模型的标定技术,建立机器人末端距离误差与机器人运动学参数误差间的模型关系,避免了标定过程中坐标系的转换误差,能显著提高标定精度。视觉测量技术具有测量精度高、非接触性、实时性强等特点,与传统的机器人末端测量手段相比,具有成本低、操作简单等优势。研究一种将距离误差模型与视觉测量技术相结合的机器人标定方法,用于提高工业机器人特定工作空间的精度。采用双目视觉系统,将相机外置于机器人进行测量。基于距离误差模型进行机器人参数标定,利用标定结果进行运动学参数补偿。结果表明:特定标定工作空间内的距离误差都有所改善;在标定轨迹上,绝对距离误差的平均值从0.279 9 mm减少为0.104 4 mm,非标定轨迹的误差降幅高达50%以上,验证了该方法的可行性。     

斜交非球型3R手腕全参数误差建模与标定实验研究

根据连续3R斜交非球型手腕的结构特征和工作原理,以D-H参数模型为理论依据,建立该手腕的运动学模型和全参数误差辨识模型,并用美国FARO公司生产的Xi型三维激光跟踪仪对手腕几何参数进行标定试验。经标定补偿后,连续3R斜交非球型手腕单轴方向定位精度可达到0.09mm,空间位置定位精度可达到0.104mm,完全可以满足喷涂机器人的工作精度要求。     

工业机器人绝对定位精度测量的研究

以新松SR04C工业机器人为对象,提出了一种利用激光位移传感器和标准样板结合的方法对工业机器人末端位置进行定位,检测系统主要由激光位移传感器和标准样板组成。利用API软件对实验结果进行验证,结果表明:经过标定后的工业机器人绝对定位精度有了明显的改善。     

运动学误差模型变体下的机械臂标定精度研究

为进一步提高机械臂运动学标定精度,研究不同D-H建模方式下运动学误差辨识精度的差异,为运动学误差准确建模提供理论依据。围绕SD-H和MD-H运动学误差模型的各种变体形式,量化对比各模型变体的性态水平和线性化误差,并分析二者对运动学标定精度的综合影响。研究结果表明：x-z-y欧拉变换会破坏MD-H运动学误差模型最小性,不适用于运动学标定;其余满秩MD-H模型性态水平优于SD-H模型两个数量级;MD-H建模时引入的线性化误差与SD-H数量级等同;在模型性态水平和线性化误差综合作用下,较强测量噪声环境中的SD-H模型运动学标定精度(0.1%~39.3%)优于MD-H模型(0.1%~71.2%);角度类与位置类的运动学参数误差的辨识精度差异显著。研究成果为机械臂标定的精确建模以及误差类型与辨识方法的合理匹配提供了理论依据。     

A total solution to kinematic calibration of hexapod machine tools with a minimum number of measurement configurations and superior accuracies

A total solution to the kinematic calibration should encompass various procedures consisting of error modeling, measurement, identification of kinematic parameters and compensation for the errors. A viable solution should further entail a feasible number of measurement configurations while yielding accuracies acceptable to machine tool industries. The existing solutions suffer deficiencies especially with respect to the totality, viability and acceptable accuracies. In an attempt to remedy these deficiencies, the authors of this paper have proposed an optimized method encompassing the whole kinematic calibration procedures. This method has been verified by simulation and experiments and could give considerably superior results compared with the existing achievements. By employing only eleven measurement configurations, the maximum position and orientation errors of the upper platform in the experiments amounted to 0.1 mm and 0.03°, respectively. Much better results have been obtained by simulation, which implies that the accuracies can still further improve if some uncertainties such as backlash and other manufacturing errors usually existing in a laboratory device diminish in its industrial counterpart. In the proposed model, the hexapod workspace was first investigated to find general guidelines for maximum observability. The results were subsequently used in the main identification module. The required number of optimized configurations to achieve acceptable accuracies could thus considerably decrease to a feasible limit. A simple and accurate image processing method has been employed for the spatial measurement of the position and orientation of the moving platform. The identification jacobian matrix was used to evaluate the observability of the measurement configurations and determine optimum number of configurations for minimum identification error. Singular value decomposition and observability indices were used for this purpose. The real values of the kinematic parameters were identified by minimization of a cost function based on Levenberg-Marquardt least-square algorithm. In order to provide clues as to optimally directing the expensive manufacturing time and resources, a comparative study has also been carried out on the degree of influence each kinematic parameter exerts on the final accuracy.     

一种用于控制工业机器人运动轨迹误差的观测控制策略研究

为了提高工业机器人运动轨迹的控制准确度,提出一种运动误差观测控制策略。分析机器人的组成结构,明确其工作原理。建立工业机器人的坐标系,并在该坐标系上求取机器人连杆间坐标系的变换矩阵;利用连杆间坐标系的变换矩阵,得到机器人末端执行器的运动学模型。以机器人的测量运动误差为依据,联合工业机器人的标称正向运动学模型,求取传感器架以及标称架与底座之间的变换模型;通过该变换模型,计算传感器架相对于标称架之间的位置向量及动态误差变换矩阵,得到测量运动误差值;通过测量运动误差值,构造运动误差观测器,用于获取机器人的估计运动误差,并将估计运动误差联合神经网络控制器,以实现对机器人运动轨迹的准确控制。利用此方法和滑模控制策略对平面和空间标定运动轨迹进行追踪,结果显示：此方法能准确地对平面和空间标定运动轨迹进行追踪,而且与滑模控制策略相比,此方法的追踪精度提高了34.25%。说明此方法能对工业机器人的运动轨迹进行精确的控制。     

A Kinematic Calibration Method for Industrial Robots Using Autonomous Visual Measurement

Several new methods have been developed to achieve practical accuracy for offline programming of robots and its applicability to the real world. In this paper, a new kinematic calibration method is proposed to automatically improve absolute positioning accuracy of robots. Key points of the method include autonomous measurement and the automatic generation of measuring poses. A new visual feedback motion control method of the robot is proposed to achieve accurate measurement. An algorithm is also proposed to improve the condition of measuring poses automatically. The effectiveness of the proposed methods and algorithm was investigated through experiments with actual robots.     

Al元素对Zn-Al钎料钎焊2A01铝合金性能的影响

研究了Al元素对Zn-Al钎料钎焊2A01铝合金性能的影响.钎料润湿性试验结果表明,随着钎料中Al元素含量的增加,钎料在2A01铝合金表面的铺展性能提高,Al元素含量为12%(质量分数)时,铺展面积达到最大,继续增加钎料中Al元素含量,铺展性能降低.钎料中Al元素含量在8%~15%范围内时,钎料均具有良好的铺展性能.钎焊接头力学性能试验结果表明,随着钎料中Al元素含量的增加,钎缝中铝基固溶体强化相数量增加,对接钎焊接头强度提高,钎料中Al元素含量为8%时,钎焊接头强度达到最高,继续增加Al元素含量,钎缝中的枝状共析组织变得粗大,与其周围组织容易产生应力集中,萌生裂纹,对应的钎焊接头强度降低.综合考虑钎料的铺展性能以及钎焊接头力学性能,92Zn-8Al钎料钎焊2A01铝合金性能最佳.     

基于六自由度工业机器人的D H模型及仿真分析

针对目前实验室已经开发完成的六自由度机器人,基于D-H模型建立机器人的运动学模型,在MATLAB环境下自行编制了对应的计算机数值计算程序,并进行了仿真模型分析,最后结合具体的机器人实例,对六自由度机器人标准姿态进行本体标定试验,并通过试验结果对比。结果表明:实验室机器人标定后的定位精度与实际精度非常接近,机器人的标准姿态的定位精度有大幅度提高。