基于空間坐標(biāo)測(cè)量系統(tǒng)的機(jī)器人標(biāo)定與補(bǔ)償算法.pdf

1、隨著工業(yè)自動(dòng)化的進(jìn)程，工業(yè)機(jī)器人應(yīng)用越來(lái)越廣泛。同時(shí)產(chǎn)業(yè)的升級(jí)，制造業(yè)水平的提高，對(duì)工業(yè)機(jī)器人提出了更高的性能要求。工業(yè)機(jī)器人普遍存在著重復(fù)定位精度很高，絕對(duì)定位精度低的缺陷。對(duì)于機(jī)器人標(biāo)定技術(shù)的研究在上世紀(jì)80年代就開(kāi)始了，目前主流的標(biāo)定手段都是對(duì)機(jī)器人的本體幾何參數(shù)進(jìn)行標(biāo)定。運(yùn)用機(jī)器人運(yùn)動(dòng)學(xué)標(biāo)定手段避免不了運(yùn)動(dòng)學(xué)模型建模誤差而引入的新誤差，這是限制機(jī)器人標(biāo)定效果的主要原因。將機(jī)器人的工作空間作為研究對(duì)象，同時(shí)考慮到機(jī)器人本體結(jié)構(gòu)的幾

2、何參數(shù)誤差和運(yùn)動(dòng)過(guò)程中的非幾何誤差，提高了標(biāo)定的質(zhì)量，通過(guò)誤差補(bǔ)償手段提高了機(jī)器人的絕對(duì)定位精度。
　　基于機(jī)器人D-H建模的方法，建立了機(jī)器人運(yùn)動(dòng)學(xué)模型，在分析了機(jī)器人誤差來(lái)源和運(yùn)動(dòng)精度的定義后，根據(jù)矩陣微分原理建立了機(jī)器人誤差模型。為了測(cè)量評(píng)價(jià)機(jī)器人的絕對(duì)定位誤差，使用激光跟蹤儀對(duì)機(jī)器人的末端進(jìn)行位置測(cè)量。因此，將機(jī)器人坐標(biāo)系下目標(biāo)點(diǎn)的坐標(biāo)和激光跟蹤儀測(cè)量坐標(biāo)系下的點(diǎn)坐標(biāo)轉(zhuǎn)換到同一個(gè)坐標(biāo)系下描述是必要的。在求解機(jī)器人規(guī)劃軌跡的

3、目標(biāo)點(diǎn)坐標(biāo)與激光跟蹤儀測(cè)量得到坐標(biāo)值的變換關(guān)系時(shí)，由于工業(yè)機(jī)器人的重復(fù)定位精度比較高，但絕對(duì)定位精度較差，易造成求解精度不高的問(wèn)題。提出結(jié)合最小二乘法的RANSAC快速轉(zhuǎn)換算法，解決該問(wèn)題。根據(jù)機(jī)器人的微分移動(dòng)模型，研究機(jī)器人的絕對(duì)定位誤差的產(chǎn)生規(guī)律，對(duì)機(jī)器人的誤差分布進(jìn)行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，建立機(jī)器人空間誤差相似模型并通過(guò)相似度定義最優(yōu)相似空間。利用數(shù)學(xué)統(tǒng)計(jì)量考察評(píng)價(jià)最優(yōu)誤差相似空間。根據(jù)最優(yōu)相似空間評(píng)價(jià)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(jù)插值空間的特點(diǎn)和誤差相似空間的特性，采用反距離加權(quán)平均插值算法，利用激光跟蹤儀標(biāo)定機(jī)器人末端執(zhí)行器在插值空間上采樣點(diǎn)的誤差，對(duì)插值空間中任一點(diǎn)的誤差進(jìn)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(píng)價(jià)模型為標(biāo)準(zhǔn)，通過(guò)遞歸的方式對(duì)機(jī)器人的工作空間進(jìn)行分割并求取最優(yōu)插值模型。使用一定的編碼方式配對(duì)工作子空間和目標(biāo)點(diǎn)，使用相應(yīng)的插值模型進(jìn)行誤差估計(jì)，進(jìn)行了誤差補(bǔ)償實(shí)驗(yàn)。
　　實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，結(jié)合RANSCA算法

5、的坐標(biāo)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(guān)系更穩(wěn)健。工業(yè)機(jī)器人的絕對(duì)定位誤差在機(jī)器人工作空間中連續(xù)光滑分布，而且服從正態(tài)分布。空間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(guò)反距離加權(quán)平均插值方法可以有效估計(jì)機(jī)器人在插值空間中任一點(diǎn)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(jī)器人的整個(gè)工作空間。最終實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表明，通過(guò)補(bǔ)償，機(jī)器人絕對(duì)定位精度能提高到接近0.01。
　　本文研究