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基于AFSA-RVM的激光加工机器人标定

激光杂志 2015年第10期36卷 95-98页

作者：陈淑英张文瑞李旭英内蒙古农业大学机电工程学院呼和浩特010018 包头轻工职业技术学院内蒙古包头014030 内蒙古北方重型汽车股份有限公司内蒙古包头014030

针对激光加工机器人工作环境的多样性,为了提高激光加工机器人的标定精度,提出一种基于AFSA-RVM的激光加工机器人标定方法。首先分析激光加工机器人的运动学模型,并建立了激光加工机器人误差估计的数学模型,然后采用相关向量机对激光加... 详细信息

针对激光加工机器人工作环境的多样性,为了提高激光加工机器人的标定精度,提出一种基于AFSA-RVM的激光加工机器人标定方法。首先分析激光加工机器人的运动学模型,并建立了激光加工机器人误差估计的数学模型,然后采用相关向量机对激光加工机器人的误差进行建模与补偿,并采用AFSA对相关向量机进行优化,最后采用具体应用实例对激光加工机器人的标定性能进行测试。结果表明,本文方法可以有效对激光加工机器人标定误差进行补偿,获得了较高的激光加工机器人标定精度,而且标定结果要优于其它的激光加工机器人标定方法。

关键词：激光加工相关向量机机器人标定仿真分析

工业机器人运动学参数标定的位姿点集优化研究

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中国科技期刊数据库工业A 2023年第6期 180-183页

作者：王海礁东风设备制造有限公司湖北十堰442000

针对高端制造领域内工业机器人绝对定位误差精度缺陷上的问题,提出基于优化位姿集的定位方式。随着机器人技术不断发展,智能机器人成为重点计划,计划指出工业机器人绝对定位精度和姿态角精度应优于0.05mm和0.1°才可以满足高端制造这一... 详细信息

针对高端制造领域内工业机器人绝对定位误差精度缺陷上的问题,提出基于优化位姿集的定位方式。随着机器人技术不断发展,智能机器人成为重点计划,计划指出工业机器人绝对定位精度和姿态角精度应优于0.05mm和0.1°才可以满足高端制造这一需求。因此,基于M-DH模型对待标定机器人建立起运动学模型,基于位姿微分变换构建起误差模型,利用IOOPS算法优化,提出基于优化算法的辨识方法,通过实验验证运动学参数辨识精度。根据实际计算后,该算法误差较低,具备较好的辨识精度,具备更好的泛化能力。

关键词：工业机器人运动学参数算法机器人标定观测

基于相对误差模型与轨迹补偿的工业机器人标定研究

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基于相对误差模型与轨迹补偿的工业机器人标定研究

作者：马磊武汉工程大学

学位级别：硕士

目前市场上有着各种品牌的工业机器人,它们都具有一个显著的缺点:机器人的重复定位精度高,绝对定位精度低。工业机器人具有可编程、通用性高、效率高等特点,可应用于多个领域,包括激光切割、喷涂、焊接、搬运、组装、检测等。随着现代... 详细信息

目前市场上有着各种品牌的工业机器人,它们都具有一个显著的缺点:机器人的重复定位精度高,绝对定位精度低。工业机器人具有可编程、通用性高、效率高等特点,可应用于多个领域,包括激光切割、喷涂、焊接、搬运、组装、检测等。随着现代制造业的发展,在实现自动化的过程中,工业机器人发挥着不可替代的重要作用。因此工业机器人的定位精度变得尤为重要,在使用机器人之前需要对机器人本体进行标定,提升机器人末端的定位精度。本文提出了一种基于相对误差模型和轨迹补偿的六轴机器人标定的方法,通过机器人末端装夹NON-BAR激光测量设备,在工作空间中以不同姿态测量同一点处标准玻璃球的位置,取多个不同固定点处的数据,建立相对误差模型求解机器人本体的运动学参数误差,然后将得到的误差结果通过轨迹补偿的方式应用于实际机器人中。基于上诉方案,本文对以下几个关键问题做了研究:（1）基于NON-BAR测量设备的机器人本体误差测量。本文将NON-BAR测量的偏移值和机器人本身的关节角作为测量数据标定六轴机器人本体误差。通过夹具将NONBAR感应测头装夹在机器人法兰盘末端,控制机器人运动,在不同姿态下测量空间中固定标准玻璃球的偏移值。（2）机器人相对误差模型建立与参数求解。本文以DH模型为基础建立机器人的运动参数模型,将NON-BAR的感应测头作为第七关节加入机器人运动学模型中,根据NON-BAR测量偏移值这一特性建立相对误差模型,再通过最小二乘法求解参数误差。（3）基于轨迹补偿的标定结果补偿方案。由于机器人不开放所有运动学参数的修改权限,因此本文提出了一种通过轨迹补偿的方式修正机器人本体误差的方案,此方案借助机器人离线编程软件,将求解得到的参数误差先补偿到仿真机器人模型中,再通过补偿后的机器人模型反解得到新的关节角,再将新的关节角代入原始机器人模型中,得到修正后的轨迹指令,然后将修正后的轨迹指令输入实际机器人中,以此到达提升机器人末端轨迹精度的目的。

关键词：机器人标定 NON-BAR测量设备相对误差模型轨迹补偿

一种三维位置检测装置的研究及其在串联机器人标定上的应用

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一种三维位置检测装置的研究及其在串联机器人标定上的应用

作者：汤泽旭哈尔滨工程大学

学位级别：硕士

随着工业、制造业等领域快速发展,各种设备的研制和生产更加迫切需要先进的检测技术。在检测技术研究领域中,三维位置检测技术具有重要地位,其以机械结构为基础,集诸多技术为一体,通过检测设备获取被测对象三维位置坐标,进而实现多种测... 详细信息

随着工业、制造业等领域快速发展,各种设备的研制和生产更加迫切需要先进的检测技术。在检测技术研究领域中,三维位置检测技术具有重要地位,其以机械结构为基础,集诸多技术为一体,通过检测设备获取被测对象三维位置坐标,进而实现多种测量功能。本文以此为背景,研制一种新型的三维位置检测装置,并以本实验室的微创腹腔手术串联机器人为测量对象,实现对其末端位置测量,在此基础上,对机器人的运动学模型参数标定和运动特性测量进行研究。为同时满足高精度、低成本的测量要求,提出以拉线传感器为基础的三维位置检测装置总体设计方案,通过考虑尽可能减弱复杂机构加工、装配误差影响,设计以过线座构件和回零构件为主体的简化装置机构;使用空间解析几何法和海伦定理法建立两种位置坐标计算数学模型,并确定模型非线性方程组求解方法,进而分析检测装置测量空间;完成装置元器件选型,并搭建装置硬件平台,在此基础上,使用LabVIEW软件编写装置设有的多种测量功能程序,并为用户提供良好的人机交互界面。以检测装置测量实时性为出发点,优选出装置位置坐标计算数学模型;通过实验对检测装置进行误差分析,并对其本体机构和精度测试方法进行改进,提升装置测量精度;以位置坐标计算数学模型为基础,建立装置结构参数误差模型,从而设计自标定实验,并完成参数误差辨识和数学模型修正工作;对自标定前后装置测量精度进行对比实验,由结果知标定后装置相对误差降低至0.5307%;最后进行不同布局检测装置测量精度对比实验,以验证四路拉线传感器布局的优越性。分析三维位置检测装置对微创腹腔手术串联机器人运动学标定的可行性和面临的关键性问题;在机器人正运动学模型的基础上,建立用于运动学标定的绝对误差模型和距离误差模型,并使用MATLAB对模型正确性进行仿真验证;研究机器人标定后运动补偿方法,为其标定后准确运动提供补偿策略。研究检测装置测量附带力,设计实验方法辨识出拉线传感器附带力与伸长量变化关系,为实时显示被测对象受力情况而建立装置测量附带力模型,并分析力可能产生的影响;搭建手术机器人运动学标定实验平台,利用实验结果修正运动学模型,经实验测试机器人运动精度明显提升;设计检测装置动态测量功能,并进行机器人运动距离、速度和加速度测量实验,以检验功能的可行性。

关键词：拉线传感器位置检测误差分析机器人标定动态测量

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基于视觉的AUBO机器人标定方法研究

基于视觉的AUBO机器人标定方法研究

作者：曹继项长安大学

学位级别：硕士

工业机器人在轻载、高速、高精度等行业应用的日益广泛,尤其是六自由度工业机器人在3C行业装配、点胶、切割、航空制造等高精度行业的普及,对工业机器人末端的定位精度提出了更高的要求,研发具有自主知识产权的工业机器人标定方法具有... 详细信息

工业机器人在轻载、高速、高精度等行业应用的日益广泛,尤其是六自由度工业机器人在3C行业装配、点胶、切割、航空制造等高精度行业的普及,对工业机器人末端的定位精度提出了更高的要求,研发具有自主知识产权的工业机器人标定方法具有极其重要的意义。本文以六自由度AUBO工业机器人为实验对象,以提高末端定位精度为目标,采用几何参数和综合误差补偿法对末端定位精度进行标定,并进行标定试验。针对现有测量方法的不足,提出基于视觉的测量方法,建立了AUBO机器人的运动学模型,推导了末端位姿与相邻坐标系之间的数学关系,用数学解析法获得了AUBO机器人逆解,采用MATLAB机器人工具箱建立仿真模型,仿真结果和示教器的位置与姿态完全一致,验证了所建立模型的正确性及逆解求解结果的正确性。针对张氏相机标定法检测精度不足的问题,提出改进的亚像素张氏标定法,并用标准棋盘格进行对比试验,实验结果显示相机标定精度提高0.12个像素,验证了所提方法测量的高精度性;采用Eye-in-hand的手眼固定方式,建立了机器人手眼标定的基本方程,采用矩阵直积法获得了手眼标定矩阵;为辨识机器人几何参数,进行了机器人的位置测量实验,采用最小二乘法辨识出了机器人的运动学参数,通过激光跟踪仪基于距离误差模型验证了视觉标定方法的可行性及精度较高的优势。针对末端定位误差产生的复杂性及运动学标定的局限性,提出基于BP法来进行末端综合误差的预测及补偿,在此基础上采用PSO-BP网络的末端位姿的预测及补偿算法,并在MATLAB建立了末端位姿的预测及补偿仿真模型,仿真结果表明末端位置的平均距离误差由标定前的0.635mm提高到标定后的0.294mm,其精度提高了53.7%,证明了该标定方法的正确性与可行性。该研究为机器人几何参数及综合误差的标定提供一种参考方法。

关键词：机器人标定视觉手眼标定激光跟踪仪 PSO-BP算法

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基于立体视觉的通用测量机器人标定模式研究

基于立体视觉的通用测量机器人标定模式研究

作者：郑俊天津大学

学位级别：硕士

基于立体视觉的通用测量机器人系统是视觉测试技术在工程应用中的一个非常有意义的研究领域。在该系统中,工业机器人作为立体视觉传感器的运动载体,不仅极大地拓展了视觉传感器的工作空间,还保留了视觉检测技术非接触、快速的特点。通... 详细信息

基于立体视觉的通用测量机器人系统是视觉测试技术在工程应用中的一个非常有意义的研究领域。在该系统中,工业机器人作为立体视觉传感器的运动载体,不仅极大地拓展了视觉传感器的工作空间,还保留了视觉检测技术非接触、快速的特点。通过控制机器人在空间的位姿变换,视觉传感器能够依次到达空间指定测量位置采集空间特征点的图像信息,并通过数据处理获得该点的三维坐标数据。这其中所涉及到的关键技术就是通过对基于立体视觉的通用测量机器人系统的标定建立该测量系统在空间任意位姿时视觉传感器坐标系与被测工件坐标系之间的齐次坐标变换模型。工作内容如下: 1.提出了三种标定方案:①整体标定方法;②基于迭代算法的同步标定方法;③分步标定方法。充分论述和比较了各自的技术特点,最终确定分步标定方法作为本论文的重点研究内容。 2.详细分析了分步标定方法和过程。①利用手眼方程AX=XB求解视觉传感器与机器人末端关节坐标系之间的齐次坐标变换关系;②在此基础上,利用自行设计的靶标定位夹具,可以完成机器人外部位姿的求解;③通过立体视觉传感器坐标系——机器人末端关节坐标系——机器人基础坐标系——工件坐标系之间三个环节齐次坐标变换,即可建立通用测量机器人在任意位姿状态时整个系统的数学模型。 3.对以上每个环节编写了计算程序并进行了模拟试验,仿真数据结果表明:在没有噪音的环境中,本文所提出的分步标定方法完全能够满足通用测量机器人的系统精度要求。 4.由于分步标定方法本身存在误差传递,因此论文最后详细分析了利用机器人的微分运动学和视觉检测技术对系统的42个误差参数进行补偿的方法。 5.本论文确定了基于立体视觉的通用测量机器人系统的最佳现场标定模式并解决了误差补偿问题,提高了系统的整体精度,为该系统在工业领域的推广应用奠定了基础。

关键词：立体视觉工业机器人标定手眼标定机器人标定

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基于位姿误差模型的工业机器人标定方法研究

基于位姿误差模型的工业机器人标定方法研究

作者：魏湘陵福州大学

学位级别：硕士

随着工业机器人的广泛应用,人们对于其精度要求也越来越高,而目前工业机器人的绝对定位精度普遍不高,因此开展对工业机器人绝对定位精度提升方法的研究尤为重要。机器人标定能以最小的代价弥补机器人本体结构与控制器内运动学模型参数... 详细信息

随着工业机器人的广泛应用,人们对于其精度要求也越来越高,而目前工业机器人的绝对定位精度普遍不高,因此开展对工业机器人绝对定位精度提升方法的研究尤为重要。机器人标定能以最小的代价弥补机器人本体结构与控制器内运动学模型参数不一致导致的误差,是目前提高机器人末端位姿精度的主要方法。本文以工业机器人为研究对象,从机器人建模、机器人末端位姿测量、参数辨识和误差补偿等几个方面展开研究,提出了一套相对通用的机器人标定方案,并通过实验验证了方案的可行性。本文主要在以下几个方面展开了研究工作:提出了具有一定通用性的机器人末端位姿测量方案,包括机器人DCP(Detection Center Point)标定和机器人基坐标系的测量。然后使用MDH建模方法建立了机器人运动学模型,基于微分运动学建立了机器人各连杆参数误差和机器人末端位姿误差之间的数学模型,并从实际测量角度出发,将误差源中的DCP坐标系误差和机器人基坐标系误差加入到模型中,建立完整的误差模型。进行仿真验证了在微小误差的前提下,该模型能够近似地反映机器人末端实际位姿误差。对机器人误差模型中不同关节参数进行冗余性分析,给出机器人模型的冗余性参数辨别方法。采用最小二乘法作为参数误差的辨识算法,结合Matlab软件开发离线标定程序,在仿真中成功对预给定误差的模型进行了误差辨识。基于微分法和牛顿迭代法,提出一种关节空间补偿算法,利用关节转角补偿机器人末端位姿误差,通过仿真和实验证明了该方法的有效性。对工业机器人标定方法进行了实验验证,以ABB IRB120作为实验对象,使用Leica激光跟踪仪对机器人末端位姿进行测量。分别使用机器人末端位置误差和机器人末端位姿误差进行参数误差辨识,比较两个辨识结果的补偿效果,得到结论:基于机器人位置误差和基于机器人位姿误差的辨识结果对机器人补偿后都能有效地提高机器人位姿精度,而后者能更好地提高机器人姿态精度。同时比较两个结果对同一空间补偿效果发现:在某一工作空间内,标定点分布空间越大,对该空间内机器人位姿精度的补偿效果越好;同一组标定点的标定结果,对小空间的补偿效果比对大空间的补偿效果好。

关键词：工业机器人机器人标定误差模型参数误差辨识

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SCARA机器人标定及轨迹规划

SCARA机器人标定及轨迹规划

作者：李小龙哈尔滨工业大学

学位级别：硕士

目前随着自动化产业在我国不断的发展壮大,工业机器人的应用也愈加广泛。但是工业机器人产品面临的主要问题是绝对定位精度不高,从而在机器人的离线编程使用过程中会常产生机器人的运动定位不准确的问题,并且机器人中的一些简单形状的... 详细信息

目前随着自动化产业在我国不断的发展壮大,工业机器人的应用也愈加广泛。但是工业机器人产品面临的主要问题是绝对定位精度不高,从而在机器人的离线编程使用过程中会常产生机器人的运动定位不准确的问题,并且机器人中的一些简单形状的轨迹插补有时并不能满足使用要求。本文针对此问题以SCARA机器人为主要研究对象,对其运动学模型误差进行了标定及补偿,并进行了运动轨迹的规划。本文基于修正的D-H模型(MD-H模型)对SCARA机器人进行了运动学建模并求出了SCARA机器人的运动学正解及逆解。对SCARA机器人定位误差及旋转误差来源进行了分析,针对这两种误差及其来源分别建立了与其对应的标定模型及补偿算法。在定位误差的标定中建立了位置误差标定模型与距离误差标定模型。在使用位置误差标定模型对机器人进行标定时,首先需要测量机器人的基座标系然后对其进行拟合,以便后面在机器人的基座标系下测量机器人的位置误差,但是使用距离误差模型可以直接进行对机器人测量从而完成标定。在完成基于激光跟踪的定位误差标定研究后,又设计了一种更为方便快捷的基于四孔的位置误差标定方案。该方案中将一块四孔标定板放置在机器人的工作区域内,与固定在机器人末端执行器上的插棒相互配合从而可获得机器人的部分模型参数误差。在机器人的定位误差标定完成后,选择视觉系统作为测量工具来对机器人的旋转误差进行标定,同时发现采用视觉同样可以对定位误差进行标定且补偿后能够满足使用要求。针对SCARA机器人的运动特点,对其进行了轨迹规划。考虑到机器人控制中现有的几种简单形状的轨迹规划如:圆弧和直线规划等有时并不能满足使用要求,因为机器人在工作过程中运动轨迹可能是不规则形状或者具有某些复杂特征,于是决定采用NURBS曲线对机器人运动轨迹进行插补。在插补时基于S型速度控制曲完成了机器人的加减速控制,然后基于弓高误差对插补精度进行了控制并据此完成了插补速度的规划。

关键词：机器人标定激光跟踪仪机器视觉 NURBS

基于拉线编码器的测量系统与机器人标定算法研究与应用

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基于拉线编码器的测量系统与机器人标定算法研究与应用

作者：朱煜南京航空航天大学

学位级别：硕士

目前,工业机器人在各行各业得到大量的使用和推广,也从简单的代替人的劳动应用场合逐渐过渡到更高精度的应用场合。这对机器人的位姿精度要求越来越高。因此,迫切需要研制机器人的标定和测量系统,以提高机器人的运行精度。针对目前工业... 详细信息

目前,工业机器人在各行各业得到大量的使用和推广,也从简单的代替人的劳动应用场合逐渐过渡到更高精度的应用场合。这对机器人的位姿精度要求越来越高。因此,迫切需要研制机器人的标定和测量系统,以提高机器人的运行精度。针对目前工业机器人标定所采用的测量设备成本高、环境要求高等难题,设计了一种基于拉线编码器的标定与测量系统,实现了工业机器人的几何参数标定和空间位置测量。论文主要内容如下:(1)提出了基于位姿参数的工业机器人标定算法,解决了本文设计的基于单拉线编码器的标定系统获取的拉线不是直线的问题,通过引入位姿参数来表达被测点的空间位置,基于D-H法建立机器人运动学误差模型,采用最小二乘法对机器人几何参数进行辨识。通过仿真实例验证了该算法的正确性与通用性。(2)提出了基于闭环矢量链的标定系统几何参数自标定算法,对标定系统进行了误差分析,并分析了标定算法对各种误差的敏感性,提出了误差补偿模型有效提高了标定系统的精度。(3)在单拉线编码器标定系统的研究基础上,将多个标定单站进行重新组合,确定了四站可动式布局的测量系统,提出了被测点的空间位置求解算法,通过简单的初始位置校准,便可以实现被测点空间位置的测量。(4)实验证明了本文提出的标定系统自标定算法、工业机器人标定算法和测量算法的正确性。首先采用三坐标测量机对标定系统的测量精度进行了验证;然后在ER30工业机器人上进行机器人几何参数标定实验;最后采用KUKA机器人完成了测量系统的精度验证试验,证明了测量算法的正确性。

关键词：机器人标定工业机器人误差分析拉线编码器自动化装配