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基于可浮动标准球体的机器人tcp标定方法研究

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浙江工业大学学报 2024年第5期52卷 513-520页

作者：徐建明徐彬彬浙江工业大学信息工程学院浙江杭州310023

机器人末端工具的工具中心点(tcp)坐标参数是机器人离线编程的基础。首先,提出一种基于可浮动标准球体的机器人tcp标定方法,以已知半径的可浮动标准球体为标定目标,控制机器人各关节的运动,tcp从多个不同姿态接触球体表面,根据接触状态... 详细信息

机器人末端工具的工具中心点(tcp)坐标参数是机器人离线编程的基础。首先,提出一种基于可浮动标准球体的机器人tcp标定方法,以已知半径的可浮动标准球体为标定目标,控制机器人各关节的运动,tcp从多个不同姿态接触球体表面,根据接触状态信息及球体下降高度,构建目标函数,针对球面接触点位置分析,提出接触点选取的准则;然后,通过设计双目视觉系统,识别定位球心坐标,确定自适应邻域模式的粒子群算法所需的参数范围,完成目标函数的优化求解,获得tcp参数,提出结合视觉定位功能引导tcp至规划点的在线标定策略;最后,对提出的方法进行实验验证。验证结果表明:相较于传统接触式标定方法,所提出的标定方法精度有很大提高,可靠性也得到了进一步保证。

关键词： tcp标定可浮动标准球体目标函数双目视觉

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基于超声波测距的tcp标定方法研究

机械制造与自动化 2021年第1期50卷 209-210页

作者：吴乐平顾晟吉程伟国南京旭上数控技术有限公司江苏南京211167 南京机电职业技术学院江苏南京211135

在使用机器人的过程中,tcp标定是不可避免的环节之一,而且标定精度直接影响机器人的定位精度。传统的标定方法需要人工多次校准,效率低,精度差。针对此情况,提出一种基于超声波测距的tcp标定方法,利用超声波测距技术和坐标变换方法进行... 详细信息

在使用机器人的过程中,tcp标定是不可避免的环节之一,而且标定精度直接影响机器人的定位精度。传统的标定方法需要人工多次校准,效率低,精度差。针对此情况,提出一种基于超声波测距的tcp标定方法,利用超声波测距技术和坐标变换方法进行快速、准确地tcp值标定。该方法有效避免了人工校准带来的误差,通过实验证明该方法有效可行。

关键词：机器人 tcp标定超声波精度

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基于手眼关系的机器人tcp自标定方法

机床与液压 2019年第17期47卷 6-11页

作者：王才东李志航王新杰陈志宏陈响元王良文郑州轻工业学院机电工程学院河南郑州450002 河南省机械装备智能制造重点实验室河南郑州450002 郑州科慧科技股份有限公司河南郑州450001

双目视觉系统和机器人在焊接中的结合使用,可以对焊缝进行实时追踪,以提高焊接质量。而机器人末端工具(焊枪)的中心点(tcp)作为机器人的实际运动轨迹,其标定精度直接影响机器人作业质量。针对该问题,以双目测量为基础,结合手眼关系和成... 详细信息

双目视觉系统和机器人在焊接中的结合使用,可以对焊缝进行实时追踪,以提高焊接质量。而机器人末端工具(焊枪)的中心点(tcp)作为机器人的实际运动轨迹,其标定精度直接影响机器人作业质量。针对该问题,以双目测量为基础,结合手眼关系和成像对称性的特点,提出了一种基于手眼关系的机器人tcp参数快速标定的方法。通过在机器人实验平台上与四点法进行对比实验,验证该标定方法的正确性和有效性。在不增加成本的同时,完成了tcp的快速、正确标定,满足了实际工业生产中机器人末端工具参数的标定需求。

关键词：焊接作业双目视觉手眼关系平面镜 tcp标定

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机器人平面工具tcp的双目视觉标定方法

机械设计与制造 2019年第1期 239-244页

作者：王才东李志航王新杰王辉郑州轻工业学院机电学院河南郑州450002 河南省机械装备智能制造重点实验室河南郑州450002

工业机器人末端工具中心点(tcp)是机器人实际的运动轨迹,tcp的标定效率和精度直接影响机器人的作业质量。针对机器人平面式作业工具tcp的快速、准确标定需求,提出一种基于双目视觉的标定方法。通过改变机器人末端工具位置,结合双目视觉... 详细信息

工业机器人末端工具中心点(tcp)是机器人实际的运动轨迹,tcp的标定效率和精度直接影响机器人的作业质量。针对机器人平面式作业工具tcp的快速、准确标定需求,提出一种基于双目视觉的标定方法。通过改变机器人末端工具位置,结合双目视觉系统对靶标点进行测量,并进行坐标转换计算,从而求解出tcp。搭建机器人tcp标定实验平台,通过对比实验,验证了方法的正确性和有效性,满足实际机器人平面式末端工具的tcp标定要求,避免了传统接触式标定方法存在的碰撞风险。

关键词：平面式末端工具 tcp标定双目视觉非接触测量

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焊接机器人tcp全自动标定方法研究

长春师范大学学报 2022年第8期41卷 30-35页

作者：陈锋安徽职业技术学院信息工程学院安徽合肥230000

针对工业焊接机器人要求快速、准确地获取工具中心点参数,以降低焊接机器人末端工具的定位误差,提出了一种基于视觉测量的机器人tcp全自动标定方法。首先研究了六关节工业焊枪机器人工具坐标系原点tcp的标定原理,以经典四点法标定为基础... 详细信息

针对工业焊接机器人要求快速、准确地获取工具中心点参数,以降低焊接机器人末端工具的定位误差,提出了一种基于视觉测量的机器人tcp全自动标定方法。首先研究了六关节工业焊枪机器人工具坐标系原点tcp的标定原理,以经典四点法标定为基础,利用机器视觉,计算焊枪到标定点位的空间位移,自动控制焊枪到达标定点,然后根据四个点位信息,应用最小二乘法计算出tcp的标定坐标值,最后通过埃夫特机器人进行算法验证,其自动化标定结果误差较小,与示教器示教结果基本一致,符合工业级应用要求。

关键词：工业机器人 tcp标定机器视觉最小二乘法

一种获取物体3维信息的多轴机器人激光扫描系统

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中国图象图形学报 2008年第4期13卷 741-748页

作者：李剑峰汤青王鹏朱建华郭永康四川大学物理科学与技术学院成都610064

针对机器人工作范围有限引起扫描范围小的问题,建立了一种由机器人?便携式线激光3维扫描仪以及旋转平台构成的多轴激光扫描系统。利用半径已知的球体作为参照工具,机器人手持便携式扫描仪对球体进行扫描,精确标定了便携式扫描仪与机器... 详细信息

针对机器人工作范围有限引起扫描范围小的问题,建立了一种由机器人?便携式线激光3维扫描仪以及旋转平台构成的多轴激光扫描系统。利用半径已知的球体作为参照工具,机器人手持便携式扫描仪对球体进行扫描,精确标定了便携式扫描仪与机器人的方位关系。同时,提出了一种标定转台中心轴线的方法,该方法利用旋转平台上的参考球,在两个不同高度的旋转圆心精确标定出了转轴的方位。实验结果表明,该多轴激光扫描系统可以多角度、多方位对大尺寸物体进行扫描,并有着稳定、灵活以及精度高的特点。

关键词：计算机视觉机器人视觉 3维激光扫描 tcp标定

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机器人3D视觉系统标定及目标识别技术研究

机器人3D视觉系统标定及目标识别技术研究

作者：刘攀华中科技大学

学位级别：硕士

装配是流水线生产的重要组成部分,根据统计,它占总生产时间的53%左右,而抓取是装配的关键技术之一,为了提高生产效率和满足日益增长的柔性生产需要,将3D视觉技术应用到机器人抓取工作将变得非常重要。本文利用3D视觉技术来实现机器人柔... 详细信息

装配是流水线生产的重要组成部分,根据统计,它占总生产时间的53%左右,而抓取是装配的关键技术之一,为了提高生产效率和满足日益增长的柔性生产需要,将3D视觉技术应用到机器人抓取工作将变得非常重要。本文利用3D视觉技术来实现机器人柔性抓取工作,通过3D视觉来获取工件信息,然后机器人根据视觉反馈的信息实现抓取工作。主要研究内容包括:第一、设计了采用三角测量原理的线激光扫描仪、Eye-to-Hand摄像机安装方式、基于位置反馈的机器人3D视觉控制系统。第二、分析了机器人-3D视觉-传送带的整体结构,提出了一种基于视觉的非接触tool center point(tcp)标定方法,求得了气动抓手的中心。提出了一种基于标准球心的手眼标定方法,利用线性算法将模型A(?)=B(?)线性化,同时标定出了旋转矩阵R和平移向量T。与先求旋转矩阵R再求平移向量T的传统方法相比,有效的解决了传统方法中旋转矩阵R的误差到平移向量T的误差累积问题,同时此方法无需施加不同的运动约束(平移、旋转)来解耦手眼标定,减小了对机器人系统绝对定位精度的影响。由于最小二乘法的标定参数为非正交参数,本文采用最速下降的优化算法进行了精标定,实验结果显示本文方法的平均误差为0.369mm,而传统方法的平均误差为0.587mm,精度提升了37%。第三、实现了基于CAD模型的目标工件识别与定位,首先对点云进行了预处理和基于区域生长点的点云分割;接着进行了基于RANSAC的位姿粗定位,最后利用ICP算法获得目标点云的精定位,精定位相比粗定位,正确匹配点平均分值从13.79%提高到了14.87%。第四、设计了整体工作流程规划,开发了机器人3D视觉抓取软件。最后基于3D视觉抓取原理样机平台,进行了实验与分析,实验抓取成功率为98%,满足工程需要。

关键词： 3D视觉手眼标定 tcp标定位姿估计机器人抓取

面向数字孪生的工业机械臂抓取系统关键技术的研究

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面向数字孪生的工业机械臂抓取系统关键技术的研究

作者：纪慧君中北大学

学位级别：硕士

工业机械臂作为制造业主要生产设备广泛应用于设备维修、加工制造等自动化生产任务中,因此工业机械臂相关技术的研究具有较高的价值。目前机械臂抓取方式普遍采用离线编程,存在视觉相机识别准确率低、针对不同抓取工件无法自主规划抓取... 详细信息

工业机械臂作为制造业主要生产设备广泛应用于设备维修、加工制造等自动化生产任务中,因此工业机械臂相关技术的研究具有较高的价值。目前机械臂抓取方式普遍采用离线编程,存在视觉相机识别准确率低、针对不同抓取工件无法自主规划抓取路径等问题,由于基于视觉的工件抓取位姿计算误差大且不能自主预测躲避工作环境中的障碍物,造成系统整体联动能力差,不能适应智能制造发展的迫切需求。数字孪生技术提出的虚拟空间和现实物理空间的深度融合、实时交互功能,使得机械臂路径智能规划、针对复杂状况实现工件地精确抓取、对未知环境实现动态避障成为了可能。基于以上学术构想,本文开展了面向数字孪生的工业机械臂抓取系统关键技术的研究工作,实现了机械臂抓取工件时路径的优化、提高了工件的识别精度以及实现了机械臂的自动避障功能,搭建的数字孪生系统整体联动能力强,实现了虚拟空间和物理空间的高度融合。本文的主要工作如下:以工业机械臂作为研究对象,建立机械臂运动学数学模型。以JL8型工业机械臂为实验对象建立了其连杆坐标系和求解了机械臂运动学数学模型,在MATLAB中验证了数学模型求解的正确性。基于蒙特卡洛法求解了机械臂的工作空间,并在Coppelia Sim中直观地显示了其工作空间。为后续研究机械臂运动规划、工件的视觉检测以及建立相关数字孪生模型奠定必要的数学基础。在搭建数字孪生抓取系统中,对机械臂路径规划进行了优化。在工作任务中,机械臂需要具有良好的抓取识别精度和稳定性才能提高工作效率。离线编程的路径规划任务单一,实时路径规划算法又存在耗时长、稳定性差,影响机械臂寿命。因此本文提出了面向数字孪生的改进快速随机搜索算法的路径规划算法,实现了机械臂运动路径的实时优化并能保持良好的稳定性。通过实验验证了该算法的优良性。对接下来的手眼标定方法的研究具有一定的推进作用。针对视觉相机标定工件存在误差大、效率低、定位精度不高等问题,本文提出了一种新的手眼标定方法。基于机械臂及视觉相机给出了tcp标定方法和手眼标定方法及具体操作流程,设置相关实验验证了本文提出的手眼标定方法的正确性。基于以上路径规划和手眼标定方法,本文构建了面向数字孪生的机械臂抓取系统,该系统具有感知环境、辨别不同工件从而实现精确抓取能力。基于数字孪生模型架构,实现机械臂自动避障、检测障碍物以及与物理机械臂的实时通讯功能。实现了物理机械臂和虚拟空间机械臂的数据互传功能。最后设置工件抓取实验验证了数字孪生系统的可行性。

关键词：工业机械臂路径规划 tcp标定手眼标定数字孪生

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跨平台工业机器人离线编程系统研究与开发

跨平台工业机器人离线编程系统研究与开发

作者：岑洎涛广东工业大学

学位级别：硕士

工业机器人的编程方式主要有示教再现编程和离线编程,其可编程能力决定了其功能的灵活性和智能性。目前国内广泛使用的机器人示教再现编程方式因为其编程效率低下,难以满足实际生产需求;而国外普遍流行的机器人离线编程系统均基于PC,不... 详细信息

工业机器人的编程方式主要有示教再现编程和离线编程,其可编程能力决定了其功能的灵活性和智能性。目前国内广泛使用的机器人示教再现编程方式因为其编程效率低下,难以满足实际生产需求;而国外普遍流行的机器人离线编程系统均基于PC,不能跟机器人控制系统结合形成闭环,另外轨迹规划算法耗时长。针对以上存在的问题,本文初次尝试开发了一套能满足实际生产需要的工业机器人跨平台离线编程系统,为以后把离线编程整合到机器人控制系统奠定了基础。本文主要工作如下：针对市场上众多离线编程软件对硬件平台的高依赖性,本文提出开发一套能满足嵌入式移动端的跨平台离线编程系统。对众多开发平台进行了大量的对比分析后,选定Unity3D软件作为本系统的开发平台。Unity3D具备众多优势,如完备的引擎功能、高效的工作流程、逼真的画面效果以及跨平台发布等,为本文开发跨平台工业机器人离线编程系统奠定了平台基础。针对目前工业上广泛使用的一类六轴串联工业机器人,使用D-H参数法对其建立了数学模型,并推导了该类型机器人的正运动学、逆运动学方程。另外,针对运动学逆解存在多解问题,引入了基于最小转动量的评价函数,最后编程实现并进行了仿真验证,为离线编程系统的轨迹规划奠定了理论基础。本文提出了一种机器人空间圆弧插补算法,利用把空间圆弧转化为平面圆弧进行处理,再通过逆转化来分配各个轴向的插补量。另外,本离线编程系统还针对教育领域加入了tcp标定功能,推导了用三点法、五点法求出tcp的位置与姿态的算法,并且跟实体机器人的tcp标定算法进行了实验对比验证。接着还实现了固定tcp模式与外部tcp模式下的运动轨迹规划算法。本文讨论了当前变位机与机器人七轴联动轨迹规划算法的原理及其计算量大、耗资源等不足。针对此算法的不足,本文提出了一种快速搜索算法,把变位机作为主动臂,工业机器人作为从动臂,基于三次多项式拟合姿态曲线,得出路径点对应的每个关节的角度。本算法具有响应速度快、计算精确等优势,并且通过实验验证适用于轨迹形状不是特别复杂的开闭环曲线。针对跨平台离线编程系统的编程实现,本文先进行系统架构的分析与搭建,再结合自主设计的人机交互设计进行了系统开发,并使用该系统在装有Android系统的可移动终端进行了运动仿真与轨迹规划。最后,通过绘图、打磨和焊接应用进行实验验证,结果表明本文所开发的跨平台离线编程系统能有效的进行工业机器人离线编程,并且具有一定的实用意义,可以满足生产现场对跨平台的需要。

关键词：离线编程跨平台运动仿真 tcp标定轨迹规划