机器人引导系统的位姿校准方法研究

发布时间：2020-01-19 09:22

【摘要】：近年来,世界各国对制造业的发展越来越重视,德国、美国、中国相继提出“工业4.0计划”、“先进制造业国家战略计划”、“中国制造2025计划”,将其作为本国重要决策为制造业的发展指明了方向。而随着现代制造业的发展,机器人的应用范围越来越广,加工任务也越来越复杂,这就要求机器人具备较高的绝对定位精度来满足制造行业发展的基本要求。在工业机器人生产和使用过程中,由于零件制造的不精确、装配时不可避免的偏差以及使用过程中的磨损,这些误差因素都将会直接对末端执行器的位姿误差产生影响。因此,为了提高机器人引导系统精度,对机器人引导系统的位姿校准方法进行了研究。首先,利用绝对关节测量臂和基于锥孔靶标末的间接测量方法对机器人末端位姿进行采集和计算,并将得到的位姿信息直接反馈;然后,结合参数连续的基于指数积公式的误差模型识别出机器人实际运动学参数,并对机器人的位姿误差进行补偿,从而达到提高机器人绝对精度的目标。主要研究工作内容如下:1)利用指数积相关的理论知识建立KUKA-kr5arc型工业机器人的正向运动学指数积模型;2)在指数积模型的基础上建立参数连续的误差模型,并利用李群李代数的相关数学基础对误差模型进行化简,从而减小了参数辨识过程中的计算量和复杂程度;3)研究机器人末端位姿和刚体位姿的间接测量方法,并提出一种基于锥孔靶标的5点间接测量方法,解决直接对机器人位姿进行测量过程复杂及姿态测量精度难以评价的问题;4)利用ROMER-RA7520型绝对关节臂测量机对机器人末端位姿进行数据采集,并结合指数积模型对KUKA-kr5arc型工业机器人进行位姿校准仿真实验,验证该校准方法的有效性和可行性。
【图文】：

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第 2 章机器人运动学模型及误差模型1ξ6ξ5ξ4ξ3ξ2ξSO(P)S12PSZSXSY5P3PTOTZTYTXTP图 6 KR5arc 型工业机器人指数积坐标系示意图Fig.6 KR5arc type industrial robot index of the coordinate system

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并拟合 3 个坐标轴的方向矢量；最后，通过旋转矩阵得到位姿参数。此方法不但操作过程繁琐，还有可能引入很多不确定的误差因素，导致数据可信度降低。因此，设计带有多个标准锥孔的专用靶标，将其作为工具安装到机器人末端，以锥孔中心坐标为原点构建靶标坐标系，，标定出靶标坐标系与法兰盘坐标系之间的变换关系，从而，将机器人末端位姿的高精度测量转换为点坐标的高精度测量，以间接测量方法代替了直接测量方法，解决直接进行位姿测量过程复杂及姿态测量精度难以评价的问题，同时也简化了机器人位姿数据采集的过程、节省了时间。为了能够多次、灵活的使用锥孔靶标，将靶标分成三个独立的部分进行设计：连接杆、可以装卸的标准锥孔和带有螺纹孔的平板。1）连接杆的设计连接杆的作用是将带有螺纹孔平板与 KR5arc 型工业机器人末端法兰盘相连接。从 KR5arc 工业机器人规格中查阅到机器人法兰盘的形状和技术数据如图 8 所示。
【学位授予单位】：华北理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TP242

【参考文献】