机器人定位精度标定方法研究
发布时间：2021-06-27 11:47
在机器人的应用中根据任务和需求的不同需要经常更换末端工具。机器人的绝对定位精度以及工具系的精度共同决定了轨迹规划的准确性,因此机器人的运动学标定以及工具系的标定具有重要的研究意义。围绕机器人运动学标定,在保证机器人重复定位精度的基础上,本文采用了轴线测量法对机器人进行运动学标定。文中首先阐述了运动学标定原理;然后对轴线测量法中的参数辨识算法进行了详细的推导,并根据误差传递法定义了灵敏度公式,对参数辨识公式求灵敏度,修正了参数辨识公式;最后根据其标定原理设计了标定实验,详述了运动学标定实验步骤。围绕机器人工具系的标定,受到轴线测量法的启发,针对激光位移传感器这一类的工具,提出了一种基于双PSD标定装置的工具系标定方法。首先阐述了工具坐标系标定的原理;然后推导了工具系参数辨识的公式;最后根据工具系标定原理设计了工具系标定实验的步骤。根据本文中的标定方法分别搭建运动学标定以及工具系标定的硬件平台,并开发了软件系统。利用该标定系统分别进行标定实验,将机器人的绝对定位精度从9.5mm提高到了0.5mm;工具系标定后,将离散点的离散程度提高到了1.2mm左右,从而验证了本文标定方法的正确性与可行性...
【文章来源】：长春理工大学吉林省
【文章页数】：73 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
机器人定位精度示意图
第1章绪论6照离线编程进行工作时，绝对定位精度影响比较大。一般情况下，机器人的重复定位精度较高，绝对定位精度较低。提高机器人绝对定位精度的方法有两种[6]，一种是减小误差源的方法，也就是提高机器人加工及装配精度，以及采用性能高的控制器，提高其计算精度与控制误差精度。另一种方法是利用标定技术提高机器人的绝对定位精度，即在不改变原有机器人的结构的基础上，利用测量方法与辨识方法计算出机器人实际的运动学模型参数，将得到的参数误差补偿到机器人控制器中，从而实现机器人绝对定位精度的提高。综上，目前工业机器人的标定技术分为机器人本体标定与机器人工具系标定。其中机器人本体的标定是指机器人基坐标系与末端坐标系之间的标定；工具系标定是指机器人末端坐标系与工具系之间的标定，机器人绝对定位精度会影响到工具系的标定。1.2标定技术目的与意义工业机器人是高度数字化与自动化的一种机电一体化设备，主要由机械臂、驱动系统和控制系统构成，其工作方式有在线示教与离线编程，目前大部分的工业机器人都使用的是示教的方式[7]，首先工作人员用示教器控制机器人到达指定位姿，然后记录此时机器人的位姿，最后让机器人按照记录的一系列位姿进行运动。然而在一些强辐射（如图1.2a）、危险（如图1.2b）、高热（如图1.2c）等场合中，机器人并不能用现场人工示教的方式工作，就需要对机器人进行离线编程，此时机器人的工作效果取决于机器人的绝对定位精度。(a)(b)(c)(d)图1.2机器人应用案例(a)高温作业(b)有毒环境(c)高压环境(d)核辐射环境
第1章绪论8图1.3机器人标定技术分类如图1.3所示，本文按照辨识方法的不同，将机器人运动学标定技术分为优化辨识标定法与非优化辨识标定法，其中优化辨识标定法是利用最优化的方法辨识误差模型中的自变量，然后将辨识出的自变量补偿到机器人模型中，进而提高机器人的绝对定位精度，而非优化辨识标定法是采用解析或其他的方式辨识出机器人运动学模型中的参数，补偿后进而提高机器人的绝对定位精度。在优化辨识标定法中又可以根据在测量环节中是否构成运动学封闭链分为开链标定法与闭链标定法，其中开链标定法表示在测量环节中，无需确定测量坐标系与机器人的基坐标系之间的位姿关系，闭链标定法须将测量坐标系中的数据通过测量系与基系之间的关系转化到基系中，将测量系测得的数据作为真值。优化辨识标定法其步骤主要分为建模、测量、辨识与补偿四步。建模部分是根据机器人的运动学模型建立误差模型；测量部分指的是利用测量设备测量与误差模型相对应的值；辨识部分是利用最优化相关算法将误差模型中的自变量辨识出来；补偿部分是将辨识出的自变量补偿到机器人的模型中。(1)建模部分：标定的运动学模型要满足连续性、完备性以及参数最少原则[10,11]。连续性意味着末端位姿的连续变化导致机器人各轴角度的连续变化，完备性指的是机器人的运动学模型必须有足够的参数来描述末端位姿的实际值与名义值之间的偏差；参数最少原则指的是运动学模型中没有冗余的参数。传统的S-DH建模方法不满足完备性与连续性，而M-DH满足以上的三个标定原则，POE法存在比较抽象的缺点而且求解雅可比矩阵比较困难。PingYang[12]等人提出了一种利用双球杆动态测量提高工业机器人圆平面运动精度的标定方法，采用M-DH方法建立了机器人的运动学模型，对EPSONC4A901型工业
【参考文献】：
期刊论文
[1]工业机器人在智能制造中的应用研究[J]. 哈峥,吴玺,曹瑞超. 河北农机. 2019(12)
[2]利用Leica激光跟踪仪对工业机器人现场标定的方法[J]. 李新,茅晨,马涛,唐迅捷. 计量技术. 2019(11)
[3]基于视觉标定的包装搬运机器人定位方法[J]. 马晓燕,张永胜. 包装工程. 2019(21)
[4]串联6自由度机器人关节刚度辨识与误差补偿研究[J]. 芮平,乔贵方,温秀兰,张颖,王东霞. 机械传动. 2019(06)
[5]基于整体最小二乘的空间直线拟合算法[J]. 崔立鲁,杨蓉,钱江宇,张惠妹,陈科洁. 成都大学学报(自然科学版). 2019(01)
[6]工业机器人性能测试[J]. 苏渊博,李霞. 智能机器人. 2019(01)
[7]智能机器人的现状与发展[J]. 董文清. 机械制造. 2019(01)
[8]机械臂运动学标定技术发展概况[J]. 谢习华,李智勇,周烜亦,张志赟,范诗萌. 宇航计测技术. 2018(06)
[9]基于光学运动跟踪系统的机器人末端位姿测量与误差补偿[J]. 戴厚德,曾现萍,游鸿修,苏诗荐,曾雅丹,林志榕. 机器人. 2019(02)
[10]基于改进粒子群算法的机器人机构误差补偿[J]. 金宁宁. 科技通报. 2018(08)
博士论文
[1]六自由度工业机器人定位误差参数辨识及补偿方法的研究[D]. 杜亮.华南理工大学 2016
[2]工业机器人标定技术研究[D]. 王东署.东北大学 2006
硕士论文
[1]油茶果采摘机器人手眼标定技术研究[D]. 王昌云.中南林业科技大学 2019
[2]基于位移传感器的工业机器人运动学标定技术研究[D]. 张文静.南京航空航天大学 2019
[3]三角法激光位移传感器多模式测量方法研究[D]. 陈建华.杭州电子科技大学 2018
[4]基于MDH模型的工业机器人运动学标定技术的研究[D]. 徐昌军.哈尔滨工业大学 2017
[5]6R型工业机器人精度分析与结构参数标定的研究[D]. 董琳.哈尔滨工业大学 2017
[6]基于双PSD的工业机器人标定技术研究[D]. 种垒.长春理工大学 2017
[7]6自由度机器人正逆解算法研究[D]. 何理.华南理工大学 2016
[8]基于工业机器人的直接示教系统研究[D]. 刘昆.中北大学 2016
[9]基于激光跟踪测量的机器人定位精度提高技术研究[D]. 赵伟.浙江大学 2013
本文编号：3252785
【文章来源】：长春理工大学吉林省
【文章页数】：73 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
机器人定位精度示意图
第1章绪论6照离线编程进行工作时，绝对定位精度影响比较大。一般情况下，机器人的重复定位精度较高，绝对定位精度较低。提高机器人绝对定位精度的方法有两种[6]，一种是减小误差源的方法，也就是提高机器人加工及装配精度，以及采用性能高的控制器，提高其计算精度与控制误差精度。另一种方法是利用标定技术提高机器人的绝对定位精度，即在不改变原有机器人的结构的基础上，利用测量方法与辨识方法计算出机器人实际的运动学模型参数，将得到的参数误差补偿到机器人控制器中，从而实现机器人绝对定位精度的提高。综上，目前工业机器人的标定技术分为机器人本体标定与机器人工具系标定。其中机器人本体的标定是指机器人基坐标系与末端坐标系之间的标定；工具系标定是指机器人末端坐标系与工具系之间的标定，机器人绝对定位精度会影响到工具系的标定。1.2标定技术目的与意义工业机器人是高度数字化与自动化的一种机电一体化设备，主要由机械臂、驱动系统和控制系统构成，其工作方式有在线示教与离线编程，目前大部分的工业机器人都使用的是示教的方式[7]，首先工作人员用示教器控制机器人到达指定位姿，然后记录此时机器人的位姿，最后让机器人按照记录的一系列位姿进行运动。然而在一些强辐射（如图1.2a）、危险（如图1.2b）、高热（如图1.2c）等场合中，机器人并不能用现场人工示教的方式工作，就需要对机器人进行离线编程，此时机器人的工作效果取决于机器人的绝对定位精度。(a)(b)(c)(d)图1.2机器人应用案例(a)高温作业(b)有毒环境(c)高压环境(d)核辐射环境
第1章绪论8图1.3机器人标定技术分类如图1.3所示，本文按照辨识方法的不同，将机器人运动学标定技术分为优化辨识标定法与非优化辨识标定法，其中优化辨识标定法是利用最优化的方法辨识误差模型中的自变量，然后将辨识出的自变量补偿到机器人模型中，进而提高机器人的绝对定位精度，而非优化辨识标定法是采用解析或其他的方式辨识出机器人运动学模型中的参数，补偿后进而提高机器人的绝对定位精度。在优化辨识标定法中又可以根据在测量环节中是否构成运动学封闭链分为开链标定法与闭链标定法，其中开链标定法表示在测量环节中，无需确定测量坐标系与机器人的基坐标系之间的位姿关系，闭链标定法须将测量坐标系中的数据通过测量系与基系之间的关系转化到基系中，将测量系测得的数据作为真值。优化辨识标定法其步骤主要分为建模、测量、辨识与补偿四步。建模部分是根据机器人的运动学模型建立误差模型；测量部分指的是利用测量设备测量与误差模型相对应的值；辨识部分是利用最优化相关算法将误差模型中的自变量辨识出来；补偿部分是将辨识出的自变量补偿到机器人的模型中。(1)建模部分：标定的运动学模型要满足连续性、完备性以及参数最少原则[10,11]。连续性意味着末端位姿的连续变化导致机器人各轴角度的连续变化，完备性指的是机器人的运动学模型必须有足够的参数来描述末端位姿的实际值与名义值之间的偏差；参数最少原则指的是运动学模型中没有冗余的参数。传统的S-DH建模方法不满足完备性与连续性，而M-DH满足以上的三个标定原则，POE法存在比较抽象的缺点而且求解雅可比矩阵比较困难。PingYang[12]等人提出了一种利用双球杆动态测量提高工业机器人圆平面运动精度的标定方法，采用M-DH方法建立了机器人的运动学模型，对EPSONC4A901型工业
【参考文献】：
期刊论文
[1]工业机器人在智能制造中的应用研究[J]. 哈峥,吴玺,曹瑞超. 河北农机. 2019(12)
[2]利用Leica激光跟踪仪对工业机器人现场标定的方法[J]. 李新,茅晨,马涛,唐迅捷. 计量技术. 2019(11)
[3]基于视觉标定的包装搬运机器人定位方法[J]. 马晓燕,张永胜. 包装工程. 2019(21)
[4]串联6自由度机器人关节刚度辨识与误差补偿研究[J]. 芮平,乔贵方,温秀兰,张颖,王东霞. 机械传动. 2019(06)
[5]基于整体最小二乘的空间直线拟合算法[J]. 崔立鲁,杨蓉,钱江宇,张惠妹,陈科洁. 成都大学学报(自然科学版). 2019(01)
[6]工业机器人性能测试[J]. 苏渊博,李霞. 智能机器人. 2019(01)
[7]智能机器人的现状与发展[J]. 董文清. 机械制造. 2019(01)
[8]机械臂运动学标定技术发展概况[J]. 谢习华,李智勇,周烜亦,张志赟,范诗萌. 宇航计测技术. 2018(06)
[9]基于光学运动跟踪系统的机器人末端位姿测量与误差补偿[J]. 戴厚德,曾现萍,游鸿修,苏诗荐,曾雅丹,林志榕. 机器人. 2019(02)
[10]基于改进粒子群算法的机器人机构误差补偿[J]. 金宁宁. 科技通报. 2018(08)
博士论文
[1]六自由度工业机器人定位误差参数辨识及补偿方法的研究[D]. 杜亮.华南理工大学 2016
[2]工业机器人标定技术研究[D]. 王东署.东北大学 2006
硕士论文
[1]油茶果采摘机器人手眼标定技术研究[D]. 王昌云.中南林业科技大学 2019
[2]基于位移传感器的工业机器人运动学标定技术研究[D]. 张文静.南京航空航天大学 2019
[3]三角法激光位移传感器多模式测量方法研究[D]. 陈建华.杭州电子科技大学 2018
[4]基于MDH模型的工业机器人运动学标定技术的研究[D]. 徐昌军.哈尔滨工业大学 2017
[5]6R型工业机器人精度分析与结构参数标定的研究[D]. 董琳.哈尔滨工业大学 2017
[6]基于双PSD的工业机器人标定技术研究[D]. 种垒.长春理工大学 2017
[7]6自由度机器人正逆解算法研究[D]. 何理.华南理工大学 2016
[8]基于工业机器人的直接示教系统研究[D]. 刘昆.中北大学 2016
[9]基于激光跟踪测量的机器人定位精度提高技术研究[D]. 赵伟.浙江大学 2013
本文编号：3252785
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