機器人定位精度標定方法研究
發(fā)布時間：2021-06-27 11:47
在機器人的應用中根據任務和需求的不同需要經常更換末端工具。機器人的絕對定位精度以及工具系的精度共同決定了軌跡規(guī)劃的準確性,因此機器人的運動學標定以及工具系的標定具有重要的研究意義。圍繞機器人運動學標定,在保證機器人重復定位精度的基礎上,本文采用了軸線測量法對機器人進行運動學標定。文中首先闡述了運動學標定原理;然后對軸線測量法中的參數辨識算法進行了詳細的推導,并根據誤差傳遞法定義了靈敏度公式,對參數辨識公式求靈敏度,修正了參數辨識公式;最后根據其標定原理設計了標定實驗,詳述了運動學標定實驗步驟。圍繞機器人工具系的標定,受到軸線測量法的啟發(fā),針對激光位移傳感器這一類的工具,提出了一種基于雙PSD標定裝置的工具系標定方法。首先闡述了工具坐標系標定的原理;然后推導了工具系參數辨識的公式;最后根據工具系標定原理設計了工具系標定實驗的步驟。根據本文中的標定方法分別搭建運動學標定以及工具系標定的硬件平臺,并開發(fā)了軟件系統(tǒng)。利用該標定系統(tǒng)分別進行標定實驗,將機器人的絕對定位精度從9.5mm提高到了0.5mm;工具系標定后,將離散點的離散程度提高到了1.2mm左右,從而驗證了本文標定方法的正確性與可行性...
【文章來源】：長春理工大學吉林省
【文章頁數】：73 頁
【學位級別】：碩士
【部分圖文】：
機器人定位精度示意圖
第1章緒論6照離線編程進行工作時，絕對定位精度影響比較大。一般情況下，機器人的重復定位精度較高，絕對定位精度較低。提高機器人絕對定位精度的方法有兩種[6]，一種是減小誤差源的方法，也就是提高機器人加工及裝配精度，以及采用性能高的控制器，提高其計算精度與控制誤差精度。另一種方法是利用標定技術提高機器人的絕對定位精度，即在不改變原有機器人的結構的基礎上，利用測量方法與辨識方法計算出機器人實際的運動學模型參數，將得到的參數誤差補償到機器人控制器中，從而實現機器人絕對定位精度的提高。綜上，目前工業(yè)機器人的標定技術分為機器人本體標定與機器人工具系標定。其中機器人本體的標定是指機器人基坐標系與末端坐標系之間的標定；工具系標定是指機器人末端坐標系與工具系之間的標定，機器人絕對定位精度會影響到工具系的標定。1.2標定技術目的與意義工業(yè)機器人是高度數字化與自動化的一種機電一體化設備，主要由機械臂、驅動系統(tǒng)和控制系統(tǒng)構成，其工作方式有在線示教與離線編程，目前大部分的工業(yè)機器人都使用的是示教的方式[7]，首先工作人員用示教器控制機器人到達指定位姿，然后記錄此時機器人的位姿，最后讓機器人按照記錄的一系列位姿進行運動。然而在一些強輻射（如圖1.2a）、危險（如圖1.2b）、高熱（如圖1.2c）等場合中，機器人并不能用現場人工示教的方式工作，就需要對機器人進行離線編程，此時機器人的工作效果取決于機器人的絕對定位精度。(a)(b)(c)(d)圖1.2機器人應用案例(a)高溫作業(yè)(b)有毒環(huán)境(c)高壓環(huán)境(d)核輻射環(huán)境
第1章緒論8圖1.3機器人標定技術分類如圖1.3所示，本文按照辨識方法的不同，將機器人運動學標定技術分為優(yōu)化辨識標定法與非優(yōu)化辨識標定法，其中優(yōu)化辨識標定法是利用最優(yōu)化的方法辨識誤差模型中的自變量，然后將辨識出的自變量補償到機器人模型中，進而提高機器人的絕對定位精度，而非優(yōu)化辨識標定法是采用解析或其他的方式辨識出機器人運動學模型中的參數，補償后進而提高機器人的絕對定位精度。在優(yōu)化辨識標定法中又可以根據在測量環(huán)節(jié)中是否構成運動學封閉鏈分為開鏈標定法與閉鏈標定法，其中開鏈標定法表示在測量環(huán)節(jié)中，無需確定測量坐標系與機器人的基坐標系之間的位姿關系，閉鏈標定法須將測量坐標系中的數據通過測量系與基系之間的關系轉化到基系中，將測量系測得的數據作為真值。優(yōu)化辨識標定法其步驟主要分為建模、測量、辨識與補償四步。建模部分是根據機器人的運動學模型建立誤差模型；測量部分指的是利用測量設備測量與誤差模型相對應的值；辨識部分是利用最優(yōu)化相關算法將誤差模型中的自變量辨識出來；補償部分是將辨識出的自變量補償到機器人的模型中。(1)建模部分：標定的運動學模型要滿足連續(xù)性、完備性以及參數最少原則[10,11]。連續(xù)性意味著末端位姿的連續(xù)變化導致機器人各軸角度的連續(xù)變化，完備性指的是機器人的運動學模型必須有足夠的參數來描述末端位姿的實際值與名義值之間的偏差；參數最少原則指的是運動學模型中沒有冗余的參數。傳統(tǒng)的S-DH建模方法不滿足完備性與連續(xù)性，而M-DH滿足以上的三個標定原則，POE法存在比較抽象的缺點而且求解雅可比矩陣比較困難。PingYang[12]等人提出了一種利用雙球桿動態(tài)測量提高工業(yè)機器人圓平面運動精度的標定方法，采用M-DH方法建立了機器人的運動學模型，對EPSONC4A901型工業(yè)
【參考文獻】：
期刊論文
[1]工業(yè)機器人在智能制造中的應用研究[J]. 哈崢,吳璽,曹瑞超. 河北農機. 2019(12)
[2]利用Leica激光跟蹤儀對工業(yè)機器人現場標定的方法[J]. 李新,茅晨,馬濤,唐迅捷. 計量技術. 2019(11)
[3]基于視覺標定的包裝搬運機器人定位方法[J]. 馬曉燕,張永勝. 包裝工程. 2019(21)
[4]串聯6自由度機器人關節(jié)剛度辨識與誤差補償研究[J]. 芮平,喬貴方,溫秀蘭,張穎,王東霞. 機械傳動. 2019(06)
[5]基于整體最小二乘的空間直線擬合算法[J]. 崔立魯,楊蓉,錢江宇,張惠妹,陳科潔. 成都大學學報(自然科學版). 2019(01)
[6]工業(yè)機器人性能測試[J]. 蘇淵博,李霞. 智能機器人. 2019(01)
[7]智能機器人的現狀與發(fā)展[J]. 董文清. 機械制造. 2019(01)
[8]機械臂運動學標定技術發(fā)展概況[J]. 謝習華,李智勇,周烜亦,張志赟,范詩萌. 宇航計測技術. 2018(06)
[9]基于光學運動跟蹤系統(tǒng)的機器人末端位姿測量與誤差補償[J]. 戴厚德,曾現萍,游鴻修,蘇詩薦,曾雅丹,林志榕. 機器人. 2019(02)
[10]基于改進粒子群算法的機器人機構誤差補償[J]. 金寧寧. 科技通報. 2018(08)
博士論文
[1]六自由度工業(yè)機器人定位誤差參數辨識及補償方法的研究[D]. 杜亮.華南理工大學 2016
[2]工業(yè)機器人標定技術研究[D]. 王東署.東北大學 2006
碩士論文
[1]油茶果采摘機器人手眼標定技術研究[D]. 王昌云.中南林業(yè)科技大學 2019
[2]基于位移傳感器的工業(yè)機器人運動學標定技術研究[D]. 張文靜.南京航空航天大學 2019
[3]三角法激光位移傳感器多模式測量方法研究[D]. 陳建華.杭州電子科技大學 2018
[4]基于MDH模型的工業(yè)機器人運動學標定技術的研究[D]. 徐昌軍.哈爾濱工業(yè)大學 2017
[5]6R型工業(yè)機器人精度分析與結構參數標定的研究[D]. 董琳.哈爾濱工業(yè)大學 2017
[6]基于雙PSD的工業(yè)機器人標定技術研究[D]. 種壘.長春理工大學 2017
[7]6自由度機器人正逆解算法研究[D]. 何理.華南理工大學 2016
[8]基于工業(yè)機器人的直接示教系統(tǒng)研究[D]. 劉昆.中北大學 2016
[9]基于激光跟蹤測量的機器人定位精度提高技術研究[D]. 趙偉.浙江大學 2013
本文編號：3252785
【文章來源】：長春理工大學吉林省
【文章頁數】：73 頁
【學位級別】：碩士
【部分圖文】：
機器人定位精度示意圖
第1章緒論6照離線編程進行工作時，絕對定位精度影響比較大。一般情況下，機器人的重復定位精度較高，絕對定位精度較低。提高機器人絕對定位精度的方法有兩種[6]，一種是減小誤差源的方法，也就是提高機器人加工及裝配精度，以及采用性能高的控制器，提高其計算精度與控制誤差精度。另一種方法是利用標定技術提高機器人的絕對定位精度，即在不改變原有機器人的結構的基礎上，利用測量方法與辨識方法計算出機器人實際的運動學模型參數，將得到的參數誤差補償到機器人控制器中，從而實現機器人絕對定位精度的提高。綜上，目前工業(yè)機器人的標定技術分為機器人本體標定與機器人工具系標定。其中機器人本體的標定是指機器人基坐標系與末端坐標系之間的標定；工具系標定是指機器人末端坐標系與工具系之間的標定，機器人絕對定位精度會影響到工具系的標定。1.2標定技術目的與意義工業(yè)機器人是高度數字化與自動化的一種機電一體化設備，主要由機械臂、驅動系統(tǒng)和控制系統(tǒng)構成，其工作方式有在線示教與離線編程，目前大部分的工業(yè)機器人都使用的是示教的方式[7]，首先工作人員用示教器控制機器人到達指定位姿，然后記錄此時機器人的位姿，最后讓機器人按照記錄的一系列位姿進行運動。然而在一些強輻射（如圖1.2a）、危險（如圖1.2b）、高熱（如圖1.2c）等場合中，機器人并不能用現場人工示教的方式工作，就需要對機器人進行離線編程，此時機器人的工作效果取決于機器人的絕對定位精度。(a)(b)(c)(d)圖1.2機器人應用案例(a)高溫作業(yè)(b)有毒環(huán)境(c)高壓環(huán)境(d)核輻射環(huán)境
第1章緒論8圖1.3機器人標定技術分類如圖1.3所示，本文按照辨識方法的不同，將機器人運動學標定技術分為優(yōu)化辨識標定法與非優(yōu)化辨識標定法，其中優(yōu)化辨識標定法是利用最優(yōu)化的方法辨識誤差模型中的自變量，然后將辨識出的自變量補償到機器人模型中，進而提高機器人的絕對定位精度，而非優(yōu)化辨識標定法是采用解析或其他的方式辨識出機器人運動學模型中的參數，補償后進而提高機器人的絕對定位精度。在優(yōu)化辨識標定法中又可以根據在測量環(huán)節(jié)中是否構成運動學封閉鏈分為開鏈標定法與閉鏈標定法，其中開鏈標定法表示在測量環(huán)節(jié)中，無需確定測量坐標系與機器人的基坐標系之間的位姿關系，閉鏈標定法須將測量坐標系中的數據通過測量系與基系之間的關系轉化到基系中，將測量系測得的數據作為真值。優(yōu)化辨識標定法其步驟主要分為建模、測量、辨識與補償四步。建模部分是根據機器人的運動學模型建立誤差模型；測量部分指的是利用測量設備測量與誤差模型相對應的值；辨識部分是利用最優(yōu)化相關算法將誤差模型中的自變量辨識出來；補償部分是將辨識出的自變量補償到機器人的模型中。(1)建模部分：標定的運動學模型要滿足連續(xù)性、完備性以及參數最少原則[10,11]。連續(xù)性意味著末端位姿的連續(xù)變化導致機器人各軸角度的連續(xù)變化，完備性指的是機器人的運動學模型必須有足夠的參數來描述末端位姿的實際值與名義值之間的偏差；參數最少原則指的是運動學模型中沒有冗余的參數。傳統(tǒng)的S-DH建模方法不滿足完備性與連續(xù)性，而M-DH滿足以上的三個標定原則，POE法存在比較抽象的缺點而且求解雅可比矩陣比較困難。PingYang[12]等人提出了一種利用雙球桿動態(tài)測量提高工業(yè)機器人圓平面運動精度的標定方法，采用M-DH方法建立了機器人的運動學模型，對EPSONC4A901型工業(yè)
【參考文獻】：
期刊論文
[1]工業(yè)機器人在智能制造中的應用研究[J]. 哈崢,吳璽,曹瑞超. 河北農機. 2019(12)
[2]利用Leica激光跟蹤儀對工業(yè)機器人現場標定的方法[J]. 李新,茅晨,馬濤,唐迅捷. 計量技術. 2019(11)
[3]基于視覺標定的包裝搬運機器人定位方法[J]. 馬曉燕,張永勝. 包裝工程. 2019(21)
[4]串聯6自由度機器人關節(jié)剛度辨識與誤差補償研究[J]. 芮平,喬貴方,溫秀蘭,張穎,王東霞. 機械傳動. 2019(06)
[5]基于整體最小二乘的空間直線擬合算法[J]. 崔立魯,楊蓉,錢江宇,張惠妹,陳科潔. 成都大學學報(自然科學版). 2019(01)
[6]工業(yè)機器人性能測試[J]. 蘇淵博,李霞. 智能機器人. 2019(01)
[7]智能機器人的現狀與發(fā)展[J]. 董文清. 機械制造. 2019(01)
[8]機械臂運動學標定技術發(fā)展概況[J]. 謝習華,李智勇,周烜亦,張志赟,范詩萌. 宇航計測技術. 2018(06)
[9]基于光學運動跟蹤系統(tǒng)的機器人末端位姿測量與誤差補償[J]. 戴厚德,曾現萍,游鴻修,蘇詩薦,曾雅丹,林志榕. 機器人. 2019(02)
[10]基于改進粒子群算法的機器人機構誤差補償[J]. 金寧寧. 科技通報. 2018(08)
博士論文
[1]六自由度工業(yè)機器人定位誤差參數辨識及補償方法的研究[D]. 杜亮.華南理工大學 2016
[2]工業(yè)機器人標定技術研究[D]. 王東署.東北大學 2006
碩士論文
[1]油茶果采摘機器人手眼標定技術研究[D]. 王昌云.中南林業(yè)科技大學 2019
[2]基于位移傳感器的工業(yè)機器人運動學標定技術研究[D]. 張文靜.南京航空航天大學 2019
[3]三角法激光位移傳感器多模式測量方法研究[D]. 陳建華.杭州電子科技大學 2018
[4]基于MDH模型的工業(yè)機器人運動學標定技術的研究[D]. 徐昌軍.哈爾濱工業(yè)大學 2017
[5]6R型工業(yè)機器人精度分析與結構參數標定的研究[D]. 董琳.哈爾濱工業(yè)大學 2017
[6]基于雙PSD的工業(yè)機器人標定技術研究[D]. 種壘.長春理工大學 2017
[7]6自由度機器人正逆解算法研究[D]. 何理.華南理工大學 2016
[8]基于工業(yè)機器人的直接示教系統(tǒng)研究[D]. 劉昆.中北大學 2016
[9]基于激光跟蹤測量的機器人定位精度提高技術研究[D]. 趙偉.浙江大學 2013
本文編號：3252785
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