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一种机器人的平面约束自标定技术研究

李楠 平雪良 王晨学 徐超 蒋毅

李楠, 平雪良, 王晨学, 徐超, 蒋毅. 一种机器人的平面约束自标定技术研究[J]. 机械科学与技术, 2019, 38(8): 1214-1222. doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20180298
引用本文: 李楠, 平雪良, 王晨学, 徐超, 蒋毅. 一种机器人的平面约束自标定技术研究[J]. 机械科学与技术, 2019, 38(8): 1214-1222. doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20180298
Li Nan, Ping Xueliang, Wang Chenxue, Xu Chao, Jiang Yi. Exploring a Planar Constraints Self-calibration Technique of Robots[J]. Mechanical Science and Technology for Aerospace Engineering, 2019, 38(8): 1214-1222. doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20180298
Citation: Li Nan, Ping Xueliang, Wang Chenxue, Xu Chao, Jiang Yi. Exploring a Planar Constraints Self-calibration Technique of Robots[J]. Mechanical Science and Technology for Aerospace Engineering, 2019, 38(8): 1214-1222. doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20180298

一种机器人的平面约束自标定技术研究

doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20180298
基金项目: 

国家自然科学基金项目 61305016

详细信息
    作者简介:

    李楠(1996-), 硕士研究生, 研究方向为工业机器人标定, 1084415884@qq.com

    通讯作者:

    平雪良, 教授, 硕士生导师, ping@jiangnan.edu.cn

  • 中图分类号: TP242.2

Exploring a Planar Constraints Self-calibration Technique of Robots

  • 摘要: 针对目前基于平面约束的标定方法误差模型复杂、实验条件较为苛刻等问题,提出了一种操作简单的平面约束标定方法。首先提出了修正的末端位置误差模型;其次在标定块的角点上建立坐标系,利用测量头对经过该角点的三个平面分别进行接触式测量,记录接触瞬间的各组关节角度值并将机器人末端位置转换到标定块坐标系中,从而建立平面约束误差模型;另外通过接触式测量头及编程实现了自动化测量,提高了标定效率;最后对运动学参数误差进行辨识并将结果修正到控制器。实验表明,机器人的绝对位置精度有明显提高。该标定方法成本低、效率高、操作简单,在保证精度的前提下简化了误差模型,具有实际应用价值。
  • 图  1  机器人连杆坐标系

    图  2  基于平面约束标定原理图

    图  3  矩形阵列分布的测量点

    图  4  标定系统实验现场

    图  5  各测量点理论位置

    图  6  修正前后各位置误差比较

    表  1  工具参数标定实验数据

    组数 x/mm y/mm z/mm Rx/(°) Ry/(°) Rz/(°)
    1 232.63 623.85 -452.39 16.94 -144.95 -10.81
    2 78.25 622.74 -454.87 -166.26 34.68 55.85
    3 121.66 697.45 -446.17 -25.15 166.2 -84.01
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    表  2  确定标定块坐标系位姿数据

    x/mm y/mm z/mm
    Oc 257.44 573.26 -618.53
    M 257.04 709.23 -621.96
    N -144.69 572.53 -614.52
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    表  3  平面Ⅰ部分测量点关节角数据

    组数 J1/(°) J2/(°) J3/(°) J4/(°) J5/(°) J6/(°)
    1 52.71 104.29 50.4 82.14 50.27 -78.49
    2 56.07 103.03 55.15 88.09 48.64 -82.92
    3 59.69 101.72 59.58 94.32 47.45 -87.14
    4 63.57 100.61 63.32 100.6 46.64 -90.91
    5 67.67 100 66.06 106.77 46.11 -94.12
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    表  4  平面Ⅱ部分测量点关节角数据

    组数 J1/(°) J2/(°) J3/(°) J4/(°) J5/(°) J6/(°)
    1 52.45 106.5 44.01 78.53 51.1 -73.18
    2 52.35 109.23 40.71 78 51.27 -72.48
    3 52.34 112.1 36.84 77.22 51.49 -71.23
    4 52.29 115.37 32.35 76.23 51.79 -69.71
    5 52.23 118.88 27.32 75.04 52.2 -67.87
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    表  5  平面Ⅲ部分测量点关节角数据

    组数 J1/(°) J2/(°) J3/(°) J4/(°) J5/(°) J6/(°)
    1 68.47 95.73 57.28 -8.88 13.62 -58.18
    2 72.08 94.8 60.04 -14.04 12.14 -49.57
    3 75.83 94.07 62.2 -19.83 11.22 -40.16
    4 79.78 93.56 63.75 -25.63 10.86 -30.56
    5 83.71 93.14 65 -30.89 10.83 -21.5
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    表  6  运动学参数误差辨识结果

    连杆i Δθi/(°) Δdi/mm Δai/mm Δαi/(°) Δβi/(°)
    1 -0.057 5 -0.342 5 0.109 6 -0.021 1 -
    2 -0.042 1 - -0.050 4 0.025 9 0.032 7
    3 0.059 8 0.273 8 -0.298 3 0.047 5 -
    4 0.030 9 -0.142 9 0.052 0 -0.001 3 -
    5 0.063 2 0.166 6 × × -
    6 × -0.050 2 0.032 2 × -
    注:“-”表示不需要辨识的参数, “×”表示无法进行辨识的参数。
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    表  7  标定前后末端理论位置与实际位置比较

    组数 关节角度θ1~θ6/(°) 修正前末端理论位置值/mm 修正后末端理论位置值/mm 末端实际测量值/mm
    xn0 yn0 zn0 xn0 yn0 zn0 xn0 yn0 zn0
    1 (-42.1, -11.0, 12.1,
    50.2, -29.4, -58.3)
    -70.163 54.679 903.938 -70.241 55.051 903.336 -70.437 55.282 902.751
    2 (5.5, -5.8, -32.3, -13.8,
    -33.1, 39.9)
    -384.252 -7.810 775.482 -384.327 -7.541 775.013 -384.613 -7.196 774.679
    3 (34.4, 38.3, 35.8, -73.7,
    20.1, -4.8)
    617.385 418.437 448.572 617.591 417.469 448.234 617.730 417.064 448.005
    4 (15.2, -9.2, 18.6, 42.0,
    41.3, -62.5)
    53.037 3.085 885.105 52.848 3.051 884.385 52.589 2.877 883.720
    5 (-27.9, 66.3, 49.0, -62.3,
    -18.7, -28.6)
    759.202 -356.250 -49.952 758.543 -357.169 -50.034 758.479 -357.230 -50.176
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  • 收稿日期:  2018-08-22
  • 刊出日期:  2019-08-05

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