基于空間坐標測量系統(tǒng)的機器人標定與補償算法.pdf

1、隨著工業(yè)自動化的進程，工業(yè)機器人應用越來越廣泛。同時產業(yè)的升級，制造業(yè)水平的提高，對工業(yè)機器人提出了更高的性能要求。工業(yè)機器人普遍存在著重復定位精度很高，絕對定位精度低的缺陷。對于機器人標定技術的研究在上世紀80年代就開始了，目前主流的標定手段都是對機器人的本體幾何參數進行標定。運用機器人運動學標定手段避免不了運動學模型建模誤差而引入的新誤差，這是限制機器人標定效果的主要原因。將機器人的工作空間作為研究對象，同時考慮到機器人本體結構的幾

2、何參數誤差和運動過程中的非幾何誤差，提高了標定的質量，通過誤差補償手段提高了機器人的絕對定位精度。
　　基于機器人D-H建模的方法，建立了機器人運動學模型，在分析了機器人誤差來源和運動精度的定義后，根據矩陣微分原理建立了機器人誤差模型。為了測量評價機器人的絕對定位誤差，使用激光跟蹤儀對機器人的末端進行位置測量。因此，將機器人坐標系下目標點的坐標和激光跟蹤儀測量坐標系下的點坐標轉換到同一個坐標系下描述是必要的。在求解機器人規(guī)劃軌跡的

3、目標點坐標與激光跟蹤儀測量得到坐標值的變換關系時，由于工業(yè)機器人的重復定位精度比較高，但絕對定位精度較差，易造成求解精度不高的問題。提出結合最小二乘法的RANSAC快速轉換算法，解決該問題。根據機器人的微分移動模型，研究機器人的絕對定位誤差的產生規(guī)律，對機器人的誤差分布進行實驗驗證，建立機器人空間誤差相似模型并通過相似度定義最優(yōu)相似空間。利用數學統(tǒng)計量考察評價最優(yōu)誤差相似空間。根據最優(yōu)相似空間評價模型，研究影響最優(yōu)相似空間的因素。建立了

4、立方體插值空間。根據插值空間的特點和誤差相似空間的特性，采用反距離加權平均插值算法，利用激光跟蹤儀標定機器人末端執(zhí)行器在插值空間上采樣點的誤差，對插值空間中任一點的誤差進行誤差估算。提出了“一分八”的工作空間分割方法，以最優(yōu)評價模型為標準，通過遞歸的方式對機器人的工作空間進行分割并求取最優(yōu)插值模型。使用一定的編碼方式配對工作子空間和目標點，使用相應的插值模型進行誤差估計，進行了誤差補償實驗。
　　實驗結果表明，結合RANSCA算法

5、的坐標系變換求解方法比一般的求解方法精度要提高3倍，變換關系更穩(wěn)健。工業(yè)機器人的絕對定位誤差在機器人工作空間中連續(xù)光滑分布，而且服從正態(tài)分布?？臻g所在的位置和大小影響著誤差空間的相似程度。在立方體插值空間中，通過反距離加權平均插值方法可以有效估計機器人在插值空間中任一點誤差。提出的“一分八”空間分割算法，能很好地把插值算法推廣到機器人的整個工作空間。最終實驗數據表明，通過補償，機器人絕對定位精度能提高到接近0.01。
　　本文研究