基于拉线位移传感器的机器人标定应用研究

《基于拉线位移传感器的机器人标定应用研究》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、鼬。。№。nn。嘲，机器人技术基于拉线位移传感器的机器人标定应用研究米罗振军1，孙思嘉2，梅江平2，陈落根1，许健1(1．杭州娃哈哈集团机电研究院，杭州310()16；2．天津大学机械工程学院，天津3¨()11(3)[摘要】通过对拉线位移传感器在机器人标定领域国内外应用现状的研究，简略介绍了单线式一维和三线式三维测量系统，并提出一种单线复用三维测量系统模型，结合各测量系统的特点，提出相应的参数辨识算法为了选取合适的标定校准点，以码垛机器人为例，分析了机器人工作空间中不同位置扰动误差对拉线测量值的影响。对机器人名义D．日参数和拉线测量值等制造模拟误差进行仿真标定，仿真结果表明，标定后定位精度

2、提升90％，最后通过运动学标定试验进一步验证了标定方法的有效性，并指出仍需解决的若干问题。关键词：拉线位移传感器；测量系统；码垛机器人；机器人标定DoI：10．16080匀．issnl671-833x．2017．09．043罗振军杭州娃哈哈集团智能装备研究所所长，副教授，2006年博士毕业于英国伦敦大学国王学院。先后在伦敦大学、中科院沈阳自动化研究所，新松机器人公司、天津大学等单位从事机器人研发工作．主要涉及激光焊接．激光切割、电弧焊等应用中各种工业机器人的数字化设计、控制系统开发、测量标定及系统集成等研究。发表SCl／Ei论文10篇，申请获得发明专利20余项。。基金项目：罔家863i-]

3、划项目(2011AA04A102．)拉线位移传感器是一种将旋转编码器和精巧的绞盘机构进行集成而实现的直线位移传感器，具有结构紧凑、测量行程长、安装方便、价格低廉等特点，在各种单轴位移测量应用中得到广泛使用。最早提m将拉线传感器用于空间位姿测量的大概是意大利卡西诺大学的Ceccarelli教授11I．他提出一种3-2一l构型的拉线式位姿测量机构，并将其用于机器人_丁作空间评价等领域。随着拉线编码器性价比的提高，将拉线位移传感器用于空间位姿测量的研究也越来越多，例如冰Jil表面融化状况的实时监测12J、人体行走时步态轨迹的测量"】、高空舱内航空发动机尾喷口面积的实时测量Hl，以及船舶分段对接时

4、法兰间相对位姿的测量等=机器人的应用领域不断扩大，例如在航空领域，离线编程技术得到了广泛的应用，而工业现场对机器人定位精度则提m更高的要求。近年来，利用拉线传感器进行T业机器人运动学参数的精确标定成为热门研究，这是因为基于拉线传感器的测量方案相对其他采用激光跟踪仪、i坐标测量仪，或者便携式测量臂等仪器的方案来说价格相对较低，而且能在环境恶劣的生产现场部署，因而市场空间极大。但是这也对拉线传感器的结构设计、补偿算法等方面提出极高的要求。目前最知名的拉线测量方案是美国Dynalog公司推m的DvnaCal单线式机器人单元校准系统，通过精密设计的机械结构和完善的补偿算法来精确识别机器人运动学参数

5、，操作简易。该公司的CompuGauge四线式系统则可实现机器人绝对定位精度和重复定位精度的i维动态测量：上海大学的洪银芳等陋l对后者进行了仿制，试验证明一定条件下测量精度达到±0．5ram。哈尔滨工业大学2017年第9期·航窄制造技术43钐论坛隅uM的肖永强等m1则提出一种三线式测量机构，测量精度约±0．3mm。作者认为利用拉线传感器复用以及运动学耦合夹具【”等方式，可以进一步提高上述方案的便携性，并且减少多条拉线之间差异等因素带来的误差项。为此，本文对现有三线式和单线式拉线测量系统的优点进行综合，提出一种新型单线式三维测量系统，详细介绍相关的机器人参数辨识算法；然后以码垛机器人为例，通

6、过给机器人D—H参数的名义值、拉线传感器测量值等加入虚拟误差，模拟仿真标定效果；最后基于单线式三维测量系统和激光追踪仪开展运动学标定试验，并对标定效果进行对比与分析。拉线测量系统的数学模型根据拉线传感器的数目可以将已有测量系统分为单线式、三线式和四线式等，其中，四线式与三线式测量原理相似，所以在此仅讨论单线式与三线式测量系统。1三线式三维测量系统图1所示为一种典型的三线式布局方式。3个拉线传感器间隔120。放置，拉线经过转向机构后与固定在机器人末端的拉线适配器相连，该适配器保证当机构稳定后作用线通过回转中心点。理想情况下，根据3个拉线传感器的输出位移，，(i=1，2，3)即可推算出待测点坐

7、标隅1。实际计算时，还需要考虑安装误差、拉线话酣器转向机构环境温度和受力造成的拉长变形等因素。三线式测量系统结构简图如图1(b)所示，假设测量基准点为底面等边三角形3个顶点A，(亦为转向轮与拉线下切点)，系统坐标原点位于三角形中心点O，转向轮与拉线切点为B，，转向轮圆心为尺，，待测点坐标为P陇ZZ)，设a为顶点爿，到原点0的距离，转向轮半径为r。以第1组转向轮为例进行分析，拉线传感器输出位移可表示为ZI=l踞+，．I(1