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两步误差补偿法提高工业机器人绝对定位精度

朱江新 刘吉刚 田硕 陈琳 梁旭斌 潘海鸿

朱江新, 刘吉刚, 田硕, 陈琳, 梁旭斌, 潘海鸿. 两步误差补偿法提高工业机器人绝对定位精度[J]. 机械科学与技术, 2020, 39(4): 547-553. doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20190178
引用本文: 朱江新, 刘吉刚, 田硕, 陈琳, 梁旭斌, 潘海鸿. 两步误差补偿法提高工业机器人绝对定位精度[J]. 机械科学与技术, 2020, 39(4): 547-553. doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20190178
Zhu Jiangxin, Liu Jigang, Tian Shuo, Chen Lin, Liang Xubin, Pan Haihong. Two-step Error Compensation Method for Improving Absolute Positioning Accuracy of Industrial Robots[J]. Mechanical Science and Technology for Aerospace Engineering, 2020, 39(4): 547-553. doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20190178
Citation: Zhu Jiangxin, Liu Jigang, Tian Shuo, Chen Lin, Liang Xubin, Pan Haihong. Two-step Error Compensation Method for Improving Absolute Positioning Accuracy of Industrial Robots[J]. Mechanical Science and Technology for Aerospace Engineering, 2020, 39(4): 547-553. doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20190178

两步误差补偿法提高工业机器人绝对定位精度

doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20190178
基金项目: 

广西创新驱动发展专项 桂科AA18118002

广西创新驱动发展专项 桂科AA17204017

广西重点研发计划项目 桂科AB16380237

南宁市重点研发计划项目 20181018-1

国家自然科学基金项目 51465005

南宁市重点研发计划项目 20181018-3

详细信息
    作者简介:

    朱江新(1967-), 教授, 博士, 研究方向为机械CAD/CAM/CAE、金属成型模拟, jxxyzjx@gxu.edu.cn

    通讯作者:

    潘海鸿, 教授, 博士, hustphh@163.com

  • 中图分类号: TP242

Two-step Error Compensation Method for Improving Absolute Positioning Accuracy of Industrial Robots

  • 摘要: 针对大部分工业机器人结构需要满足Pieper准则无法直接补偿所有运动学参数误差的问题,提出一种两步误差补偿方法。首先,基于修正的D-H法和微分运动学建立机器人定位误差模型,建立机器人末端绝对定位误差与运动学参数误差之间的表达式;其次,利用最小二乘法迭代求解出运动学参数误差,并将可直接补偿的运动学参数误差直接补偿到机器人D-H配置参数中,将剩余的其它运动学参数误差转换为关节转角补偿值进行间接补偿;最后,搭建实验平台,在川崎RS010NA六自由度工业机器人上进行两步误差补偿实验验证。实验结果表明,通过两步误差补偿后机器人末端平均绝对定位误差由5.419 4 mm下降到1.160 5 mm,平均绝对定位精度提高约80%,该方法有效地提高了机器人的绝对定位精度。
  • 图  1  机器人D-H参数坐标系

    图  2  误差补偿示意图

    图  3  两步误差补偿流程图

    图  4  两种方法补偿后的位置误差对比

    图  5  标定实验平台

    图  6  补偿前后X方向误差

    图  7  补偿前后Y方向误差

    图  8  补偿前后Z方向误差

    图  9  补偿前后位置误差

    图  10  国标5点测试

    表  1  机器人D-H参数

    序号 θi/(°) αi/(°) ai/mm di/mm
    1 0 -90 100 0
    2 -90 0 650 0
    3 0 -90 0 0
    4 0 90 0 700
    5 90 -90 0 0
    6 0 0 0 0
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    表  2  预设的几何参数误差值

    序号 Δθi/(°) Δdi/mm Δai/mm Δαi/(°) Δβi/(°)
    1 -0.05 0.25 0.56 0.01
    2 0.02 0.43 0.74 0.03 0.11
    3 0.14 0.11 0.89 0.015
    4 0.28 0.64 0.60 0.11
    5 0.30 0.16 0.52 0.32
    6 0.12 0.14 0.27 0.13
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    表  3  机器人运动学参数误差辨识结果

    序号 θ/(°) d/mm a/mm α/(°) β/(°)
    1 -0.014 6 -0.056 7 -0.433 6 -0.045 0
    2 0.043 5 - 0.493 8 -0.029 7 -0.011 1
    3 0.381 8 0.055 5 0.592 9 0.076 6
    4 -0.136 7 -0.239 6 -0.414 6 -0.012 3
    5 -0.933 4 -0.033 0 0.155 0 -0.049 6
    6 0.194 1 -0.509 6 - -0.032 3
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    表  4  标定点补偿前后的绝对定位误差

    序号 补偿前平均实际位置误差/mm 补偿后平均实际位置误差/mm
    APx APy APz APp APx APy APz APp
    P1 0.427 8 -0.254 1 -5.283 1 5.306 5 -0.454 2 0.516 8 0.505 6 0.853 8
    P2 3.773 7 0.556 2 -5.843 4 6.978 2 -0.791 9 -0.926 1 0.237 0 1.241 4
    P3 4.019 1 -0.441 0 -6.868 8 7.970 4 -1.162 7 0.275 3 -0.783 8 1.429 0
    P4 -0.875 7 0.118 5 -4.108 0 4.202 0 -0.764 5 0.783 8 -0.124 4 1.101 9
    P5 -0.996 9 -0.883 0 -2.279 6 2.640 1 -0.690 4 -0.557 5 0.772 6 1.176 6
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  • 收稿日期:  2019-02-27
  • 刊出日期:  2020-04-05

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