基于点约束的机器人运动学参数标定技术分析

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1、硕士学位论文基于点约束的机器人运动学参数标定技术研究1绪论1．1项目背景随着工业自动化的不断深入发展，面临的需要越来越多，工业机器人自动化技术及其产业规模都迅速的发展起来。在工业生产中，大量的机器人被不同的应用领域所采用，如弧焊机器人、点焊机器人、分配机器人、装配机器人、喷漆机器人及搬运机器人等工业机器人。根据国际机器人联盟统计局的统计数据发现，截至2007年底，全世界利用工业机器人进行生产工作的机器人数量达到了100万。工业机器人十分广泛的运用在汽车及其零部件制造业、机械加工行业、电子电气行业、橡

2、胶及塑料工业、食品工业、木材与家具制造业等诸多领域当中，特别是在汽车行业、机械制造业领域内。随着机器人在工业生产以及未来的生活中的普及化运用，对机器人灵活性，智能性，高精度性的要求越来越高。当前，工业机器人定位的衡量指标主要有两个方面：重复定位精度和绝对定位精度。重复定位精度是指机器人重复运动到同一位置的精度。提高工业机器人的重复定位精度可以在生产过程中采用高精度的配件，例如直驱电机，高精密齿轮组以及高解析度的编码器等等。但是这种解决方法，极大的提高了工业机器人的生产成本。机器人的绝对定位精度是指控

3、制机器人运动到目标位置在固定坐标系下的绝对坐标。由于这个固定坐标系并不能够简单的精确的确定，所以绝对定位精度都是通过相关的高精度的测量装置进行测量获得的，影响绝对定位精度最主要的因素是几何误差和弹性形变。通过机器人标定，这两种误差都可以一定程度的减IJx[1](Abderrahimeta1．，2007)．。过去的几十年当中，随着工业机器人在各个领域的不断应用，对工业机器人的重复定位精度和绝对定位精度要求越来越高，尤其是在航空航天，医疗等领域晗3(Summers，2005)．。当前，绝大多数的工业机器

4、人生产商和一些设备供应商都会提供机器人标定服务。绝大部分的工业制造商都出采用IS09283标准。工业机器人生产商几乎都没有指出生产出的机器人的绝对定位精度，因为机器人在工业生产中只需要经过人类施教后重复定位进行生产活动的，所以绝对定位精度显得并不那么重要了。但是，随着工业机器人的发展，离线编程变的越来越加的重要，由于离线编程控制机器人是控制其在一个虚拟的相对或者绝对的坐标系下进行运动的，所以绝对定位精度发展成了一个十分重要的问题。目前我省工业机器人和数控机床推广应用状况和前景较好，年销量数万台机器人

5、。然而，由于目前机器人标定方法存在设备昂贵(激光跟踪仪约120-200万)、操作复杂，且限于实验室应用场合等瓶颈问题，研发和生产机器人的企业几乎没有购买机器人标定设备，这严重影响机器人的技术水平。基于提出的新的标定方法，攻克机器人新标定方1绪论硕士学位论文法的核心技术，开发自主产权的标定装备，降低成本，对于提升我国机器人的水平意义重大。从实际情况中可以看出，工业机器人具有很高的重复定位精度(O．1mm或更高)，然而(绝对)定位精度却很低(达10mm或更差)，定位精度问题已经严重制约了工业机器人的应用

6、能力和应用范围。尽管导致机器人定位精度不高的因素有很多，如齿轮误差、热膨胀以及机器人杆件的机械形变，但最主要的因素来自于机器人运动学模型的参数误差，包含机器人杆件参数和零位误差。机器人标定技术是消除这些参数误差进而提高机器人定位精度的最有效方法。通过建立工业机器人的数学模型，并对其中的参数进行补偿，以提高机器人的绝对定位精度。在工业生产中运用这种方法对机器人运动参数标定，应该无需额外的测量系统、巨大的资金投入以及专业的操作人员进行操作。基于这些观点，我们提出一种基于点约束的工业机器人参数标定方法，并

7、在ABBl20对这种方法进行了运用和测试。1．2国内外研究现状Whitney(1986)b1将机器人标定分为绝对标定和相对标定。绝对标定是指建立机器人末端在世界坐标系下与机器人关节坐标系下之间的关系。相反，相对标定则是建立机器人末端在机器人关节坐标系与任意自定义坐标系之间的关系，而机器人末端在世界坐标系下的位置并不重要。另外，这两类标定可以进一步分为三个不同层次的标定(Roth，1987)H1：第一个层次的标定是指关节角层次的标定，旨在标定建立关节角编码器读数与关节角真实值之间的关系；第二个层次的标

8、定是指对整个机器人运动学参数进行标定，包括关节角，连杆长度等几何参数的标定；第三个层次的标定是指非几何标定，主要包括对关节角摩擦，温度影响，齿轮偏移误差等的标定，同时也包括机器人动力学模型的标定。所有的机器人标定技术可以分为以下四步n1：l、建模，建立机器人的正运动学模型以及逆运动学模型；2、测量，对机器人在世界坐标系下的不同位姿进行测量：3、参数识别，通过优化算法对机器人的参数进行识别；4、误差补偿，对所需标定的机器人参数存在的误差进行补偿，使机器人更加精准。l、建