基于模型的工业机器人误差参数标定技术研究进展

 为提高机器人末端控制精度,围绕基于模型的工业机器人误差参数标定技术,总结了其应用在高精度机械加工制造领域时存在的误差参数不完整、标定成本高和标定精度不满足工业需求等关键问题;综述了误差参数标定模型建模方法、机器人末端位姿测量技术、误差参数辨识技术和误差补偿技术4个方面的进展,分析了处理复杂标定任务时基于模型的误差参数模型标定技术的主要难点进行总结,针对传统建模方法不再满足标定需求、现有自标定技术测量精度不够、传统线性辨识算法在辨识矩阵奇异或存在冗余参数时无法得到准确的辨识结果、如何高效获得和处理测量得到的误差数据等难题,提出了可行性解决方案及发展方向。     

基于单维拉线测量系统的码垛机器人定位误差分析及运动学标定

以四自由度码垛机器人为研究对象,基于单维拉线测量系统对该机器人的运动学标定方法进行了研究.采用环路增量法构造了码垛机器人平行四连杆的误差模型,并建立了带关节变量比例系数的运动学误差模型,从而对关节传动误差进行补偿.通过对影响机器人末端位置精度的几何误差参数进行敏感性分析,将几何误差源简化为11项,可有效提高辨识效率.结合单维拉线测量系统的特点,建立了末端运动误差与几何误差源的映射关系,进而提出了一种基于距离测量的参数辨识模型.通过计算机仿真和标定试验对该方法的有效性进行了验证.试验结果表明,标定后码垛机器人位置误差3?值由11.73,mm减小至1.79,mm,运动精度提升84.7%,.     

基于蒙特卡洛法的机器人标定可靠性研究

为提高工业机器人末端精度的可靠性,提出将蒙特卡洛法用于机器人几何参数标定可靠性分析的方法.首先利用激光跟踪仪测量工业机器人各轴的旋转轨迹圆,确定各个关节轴线的方向向量,进行机器人几何参数标定;然后建立机器人运动精度可靠性分析模型,研究在测量重复性、采样策略影响因素下机器人末端执行器运动精度的可靠性.结果表明,该方法将测...     

回转体加工中的机器人零位校正方法

在机器人加工中,采用理论几何模型控制机器人的运动,其与作业机器人的几何模型并不一致,导致加工误差的形成.为此,研究了工业机人零位误差对回转加工的影响.利用基于激光跟踪仪的轴旋转法求取关节的旋转中心和旋转轴向;借助最小二乘法对数据进行圆拟合,为了提高轴线测量精度,在同一轴上拟合得到两个圆,以其圆心的连线作为旋转轴的轴线;过第一和第四轴轴线作一平面,利用轴线与该平面的交点或者平面上的轴线,确定作业机器人的连杆参数,由相应连杆参数计算作业机器人每轴的零位角.通过旋转加工直径为80mm的圆柱,验证了该方法的有效性.实验结果表明:未校正零位误差时,作业机器人加工的圆柱最大误差为2.42mm;而校正零位后,作业机器人加工的圆柱最大误差减小到0.16mm.为机器人本体几何参数与零位的解耦标定建立了基础,进一步提高了机器人加工精度.     

工业机器人绝对定位误差的建模与补偿

为了提高机器人的绝对定位精度,建立了机器人绝对定位误差模型并进行了补偿方法研究.将定位误差分为几何参数误差与柔度误差,分别建立相应的误差模型.几何参数误差研究以MD-H(修正型D-H)运动模型为基础,对柔度误差的影响进行了解耦,并考虑了机器人基坐标系与测量坐标系的转换误差,提出了基于相对位置的几何参数误差模型.柔度误差研究针对机器人的构造特点,建立了针对关节2和3的误差模型,简化了计算模型.最后基于所建立的两种误差模型,提出了误差补偿方法,并采用该方法对机器人进行了实际补偿实验.结果表明,平均绝对定位精度由补偿前的1.173 mm降至补偿后的0.158 mm,说明文中方法可有效提高机器人的绝对定位精度,扩展机器人的应用范围.     

丝网印刷XY-Theta并联平台的定位精度分析及标定

针对一种特殊的用于丝网印刷的平面三自由度并联对位平台,提出了一种改进的误差建模和运动学标定方法.首先,利用平面对位机构的特点,结合矢量法和解析法,构造出动平台位置、姿态误差与几何误差之间的映射关系,得到了误差雅克比矩阵.然后,通过灵敏度分析,评估了各个几何误差源对终端位姿误差的影响.接着,通过辨识性分析,确定了标定几何误差源,随机选取多个位形建立误差辨识矩阵来对几何参数误差进行辨识.Matlab仿真结果显示,辨识值与设定值间的误差小于5%.最后,利用双频激光干涉仪、千分表等测量工具进行运动学标定实验,结果初步验证了标定方法的有效性和实用性.     

非线性最优机器人手眼标定

提出一种基于最大似然估计的非线性最优手眼标定算法,并采用该方法对机器人进行了手眼标定.由于机器人系统的运动学正解及相机的外参数推定都包含误差,因此不能满足手眼标定矩阵方程,从而导致现有机器人手眼标定算法对观测噪声较为敏感.新算法根据包含噪声的测量值来估计它们的真值,使得测量真值满足手眼标定方程,并且在欧拉刚性变换矩阵空间中可使真值和对应的测量值的距离最小.通过数值仿真和真实机器人手眼标定实验,将新算法与现有2种经典的手眼标定算法进行了比较,结果表明,新算法在估计误差、对位姿变换次数的敏感度和稳定性方面均优于经典算法.     

3-RRR并联机器人含间隙的运动学标定及误差补偿

机器人构件几何尺寸误差与关节间隙共同影响了机器人的定位准确度与精确度.文中基于考虑关节间隙的误差模型,使用运动学标定的方法对上述两误差源进行了识别,分析了关节间隙对重复定位中误差分布规律的影响.通过在逆运动学模型中补偿识别到的构件几何误差,以及将标定后的定位误差补偿到控制指令,提高了机构定位准确度;通过在控制中实时补偿关节间隙对定位误差的影响,提高了重复定位精确度.     

激光跟踪坐标测量系统的双线法基点自标定

激光跟踪三维坐标测量是一种新型的大范围坐标测量方法.在实际测量中,系统首先要经过标定,确定系统参数,然后才可以进行测量.因此,系统参数自标定的精度直接影响测量的精度.为了分析误差起因,提高标定精度.提出了一种新型的标定方法,用激光干涉仪双直线法来标定测量系统的基点坐标,通过仿真和实验,证明该标定方法可提高激光跟踪系统基点坐标的标定精度.     

基于OpenCV的挖掘机器人摄像机参数标定

为了建立挖掘机器人视觉系统摄像机测量模型,提高视觉测量精度,分析了挖掘机器人摄像机视觉系统内、外参数成像模型及摄像机非线性畸变参数,确定了适合挖掘机器人视觉系统的标定参数。通过采集自制的棋盘标定模板不同方向的七幅图像,基于OpenCV技术实现了对模板角点的提取。通过七幅图像进行标定实验,实验结果获得了摄像机模型的线性内部参数矩阵,标定出了摄像机非线性模型的径向畸变系数,摄像机外部旋转矩阵及平移向量,并给出了标定参数误差。研究结论表明采用角点提取方法,标定误差可达亚像素级,能够满足挖掘机器人视觉系统的标定及视觉测量精度要求。     

稳定高精度的双目立体视觉测量系统标定方法

为了提高和稳定双目立体视觉结构光测量系统的精度,提出一种简单有效的标定流程及基于极线几何约束优化双目立体视觉结构光测量系统外部参数的方法.采用平面板标定理论分别标定左右摄像机的内部参数,将标定的内参数作为双目标定的内参数在多视角下标定双目测量系统的外部参数.利用极线几何约束,通过最小化多视角下同一对应点的极线误差,优化计算双目测量系统的外部参数.实验结果表明,该方法计算得到的双目测量系统参数使得测量系统在整个测量空间体积内的测量精度高且稳定,在双目立体视觉测量系统的工业化检测应用中具有重要的意义.     

冶炼机器人位姿标定及运行可靠性

对冶炼用CS-1双臂工业机器人现场使用中的位姿标定及运行可靠性进行了研究．提出了一种简便有效的现场标定计算模型和标定方法对机器人进行位姿标定,由标定变换矩阵补偿同一测点的实际值和计算值的误差,可同时减少机器人定位误差和由臂杆几何参数偏差所引起的运动误差,显著提高需进行连续路径控制的机器人的现场定位精度和位置跟踪精度．此外,提出了用增加机器人现有硬件的冗余功能和设置敏感器件的替代功能以提高机器人现场运行可靠性的方法．实践证明,该方法能提高恶劣环境下易失效部件的可靠度,进而提高机器人的整机使用性能     

一种基于POE公式的最小模型与视觉测量的机器人标定方法

目的 提出一种基于POE公式的最小模型与视觉测量的机器人标定方法,解决现有机器人运动学标定模型中存在的奇异性、参数冗余现象,以及传统标定方法中测量系统难以实现在线自动标定的难题.方法 基于指数积(POE)公式建立正向运动学模型,对运动学方程取微分建立线性化的运动学误差模型,并通过最小化处理消除冗余参数,获得运动学标定方...     

示教机械臂运动学参数标定综述

主要从示教机械臂的运动学模型、位姿测量、参数辨识及误差补偿4个方面对机械臂运动学参数标定方法进行了分析总结。详细介绍了示教机械臂运动学参数标定流程中4个方面的特点、存在的问题以及研究现状,同时对示教机械臂运动学参数标定的具体应用以及发展趋势进行了简要论述。     

惯性测量单元误差标定

针对低成本惯性测量单元标定中的速度和精度问题,建立了惯性测量单元的误差模型,提出了一种针对惯性测量单元零偏、标度因数和安装误差角的标定方法。利用6状态法标定出加速度计参数,利用4状态法标定出了陀螺参数。对标定后的惯性测量单元进行试验测试,结果表明,标定后惯性测量单元的测量精度满足预期要求,标定方法正确、有效。     

工业机器人位姿误差建模与仿真

针对机器人姿态的视觉测量方式,建立了适用于机器人全标定的运动学模型,在此基础上推导了以世界坐标系为标定的基准坐标系且包含所有参数的误差模型,指明了误差模型的参考坐标系,解决了仿真上的关键技术,研究了验证误差模型正确性和精度的公式,并对误差模型的正确性和误差辨识精度进行了仿真对比.结果表明:误差模型有一定的精度限制;随着测量次数的增加,误差辨识的精度会提高,但当测量次数达到一定数量时,辨识精度提高不明显.     

非正交坐标测量机下REVO测头参数及误差标定

针对基于正交式坐标测量机设计和应用的REVO五轴测量系统,在非正交式坐标测量机下应用不能实现自标定的问题,基于对称和反转原理,提出了测头参数和误差项的一系列单项标定方法,通过测量机单轴小范围辅助运动测量量块,实现了非正交坐标测量机下REVO测头的参数和误差标定,避免了大范围运动测量机主轴所产生的运动误差给标定结果带来的影响.通过实验验证了所提出标定方法的精确性和有效性,经过标定和误差补偿后,平均测量误差从18.1μm降低到了0.8μm.实验结果表明:所提出的方法操作简便,精确度高,具有很好的溯源性.     

基于四位置转位法实现激光捷联惯性测量组合标定

分析了激光陀螺仪和加速度计的误差补偿模型以及激光捷联惯性测量组合的误差补偿方法,基于四位置转位法实现了激光捷联惯性测量组合在双轴位置转台上的误差参数标定,标定结果表明,该方法能够保证激光捷联惯性测量组合的误差参数标定精度,并且具有对标定设备要求低、转动位置少、操作简单等优点,具有一定的工程应用价值。     

工业机器人误差建模与仿真研究

误差模型是机器人标定的基础,针对机器人姿态的视觉测量方式,建立了适用于机器人全标定的运动学模型,在此基础上推导了以世界坐标系为标定的基准坐标系且包含所有参数的误差模型。明确指出了误差模型的参考坐标系,解决了仿真上的关键技术,研究了验证误差模型正确性和精度的公式,并对误差模型的正确性和误差辨识精度进行了仿真对比,得到了误差模型的重要特性：误差模型有一定的精度限制;随着测量次数的增加,误差辨识的精度会提高,但当测量次数达到一定数量时,辨识精度提高不明显。     

基于双目视觉的柔性线缆运动检测方法及误差分析

研究大长径比柔性线缆的运动轨迹测量.根据线缆的几何特征和运动特点,提出了一种基于中心线匹配法的双目视觉运动检测方法,分析了该方法测量流程中的标定、匹配和重构误差之间的关系,建立了测量系统的几何误差模型并推导了误差估算公式,同时设计了一种误差校核方法.对该方法进行了实验验证,结果表明误差估计值0.11mm与实测误差值0.09mm接近,满足工程要求.