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。     

机器人柔性视觉测量系统标定方法的改进

提出一种改进的柔性视觉测量系统标定方法。建立了包含手眼关系误差与机器人运动学参数误差的系统误差模型。在机器人末端安装结构光传感器构建了机器人柔性视觉测量系统,并在机器人工作空间中固定一个标准球作为标定参考物。标定时,机器人被控制在不同位姿下测量球心坐标。首先,应用机器人的理论模型初步标定手眼关系;然后,基于球心约束,通过迭代算法同时得到准确的手眼关系和实际的机器人运动学参数。基于ABB IRB2400工业机器人进行了系统标定实验,并利用激光跟踪仪进行精度验证。结果表明:标定前后机器人柔性视觉测量系统的距离测量标准差由0.566mm降低到0.173mm,充分验证了改进方法的有效性和实用性。该方法提高了手眼关系的精度;不需要采用任何昂贵的外部设备,适合工业现场使用。     

工业坐标测量机器人定位误差补偿技术

由通用工业机器人和视觉传感器组成的柔性坐标测量系统是视觉检测技术在工业在线测量领域的重要应用。工业机器人的机械结构和控制过程复杂,因此其定位误差成为影响系统测量精度的最主要因素,但可以通过修正连杆参数的方式加以补偿。以MD-H运动学模型为基础,建立机器人工具中心点(Tool center point,TCP)的基于相对定位精度的定位误差补偿模型,避免坐标在不同坐标系转换过程中产生精度损失。对与机器人测量姿态有关的柔度误差进行针对性补偿,通过建立柔性关节的弹性扭簧模型,将柔度误差分解为外加负载柔度误差和机械臂自重柔度误差分别进行补偿。标定过程中使用激光跟踪仪作为外部高精度测量设备,只需在单点测量模式下就能实现对TCP的三维坐标采集,大大简化数据采集过程。经过补偿后,标定点处的方均根误差由之前的1.230 2 mm降至0.428 8 mm,验证点处的则由0.723 6 mm降至0.505 4 mm。     

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。     

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。     

机器人柔性扫描测量系统标定方法

为了实现复杂工件的在线快速测量,开发了一种基于工业机器人与结构光扫描仪的柔性测量系统,结构光传感器安装在机械臂末端。针对该系统整体测量精度不足问题,提出了一种基于距离约束的手眼关系参数和机器人运动学参数联合标定方法。首先,通过机器人单轴旋转与基于罗德里格矩阵的算法实现手眼关系初始标定;然后,建立了基于距离约束的误差模型,通过Levenberg-Marquardt算法辨识系统参数,保证了参数辨识的准确性和鲁棒性,最终实现了对手眼参数误差和机器人运动学参数误差的修正。基于KUKA机器人和结构光扫描仪进行了标定和测量试验。试验结果表明,在机器人的工作空间内,距离误差的最大值由0.889 3mm降低到0.424 9mm,平均值由0.778 4mm降低到0.385 2mm,验证了该标定方法的有效性。     

基于API激光跟踪仪对“15kg喷涂机器人”的D-H参数的标定研究

为了改善工业机器人的定位精度,工业机器人必须进行标定。通过建立机器人末端法兰中心位置与连杆MDH模型的线性关系误差模型,利用API T3激光跟踪仪确定机器人的基坐标系,作为激光跟踪仪测量的参考坐标系来测量目标点的坐标值,同时记录机器人控制器对应的名义坐标值。从而求出位置误差值ΔP,再联立误差线性关系模型,运用最小二乘法解出机器人的实际D-H参数值,并将此参数用于修正运动学模型,如果修正后的运动学模型未能达到要求,可进行反复迭代,直至满足工业机器人作业要求的定位精度。     

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。     

组合式大尺寸测量系统坐标转换方法的误差补偿

针对激光跟踪仪和柔性关节坐标测量臂组合测量系统坐标转换过程中临时基准点引入测量误差不可控的问题,提出了利用标准杆件几何约束取代临时公用基准点的方法控制测量误差。根据经典平差最小二乘法原理和坐标系近似转换方法推导坐标转换的七参数坐标误差公式,并对该方法进行理论描述和蒙特卡洛仿真验证。通过现场测量试验,将测量结果与传统方式测量的结果相对比,证明此约束方法能够提高组合测量系统坐标转换精度,达到误差补偿的目的。     

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。