工业机器人定位精度标定系统研究

• 作 者: 邓茜
• 出 处: 天津职业技术师范大学
• 发表日期: 2020年07期
• 关键词: 工业机器人 定位精度 PSD 参数标定

近年来,随着工业机器人在各类生产中得到广泛应用,同时对工业机器人的定位精度也提出了更高的要求。通过对工业机器人进行标定可减小实际关节参数与理想参数之间的误差或因机器人单个关节存在较小的偏移量而引起的内部运动学模型误差,从而提升工业机器人的整体精度。针对目前工业机器人标定测量设备成本高、环境要求高等难题,设计了一种基于双PSD的标定系统,该标定系统不仅能够计算机器人的关节偏移量参数,而且能够同时校准机器人的工件坐标关系,与其他传统方法相比,具有结构简单、稳定可靠、价格便宜等优点。具体研究工作如下:首先,将工业机器人定位精度标定系统分硬件和软件两部分进行设计,提出了一种双PSD位置敏感标定方法,该标定装置主要由两个互成120°的位置传感器组成,运用Visual Studio工具采用C#编程语言WinForm方式制作了PC用户界面,结合工业机器人机械臂、工业相机和附加在机器人工具中心点上的激光器组成整个标定系统,为后续工业机器人定位精度标定系统实验奠定了基础。其次,分析系统标定原理并对机器人运动学建模,设计参数辨识和补偿算法及以及标定系统的伺服控制器。以IRB120 ABB机器人为研究对象,采用D-H参数法建立了运动学模型,对机器人运动学进行了正逆解运算,并运用MATLAB中的robotics toolbox工具箱对机器人运动学模型进行了验证,确保机器人模型的正确性,为后续研究提供理论依据。然后,对工业机器人关节偏移参数辨识算法进行了研究,通过求解把偏移值代入机器人原始模型,利用Levenberg-Marquardt算法进行参数辨识,运用Matlab建立了机器人IRB120的三维计算机模型,并使用初始关节偏移参数对关节偏移校准算法进行了仿真,与传统校准比较证明了新方法的有效性;设计了基于视觉和PSD的混合伺服控制器,能够实现激光线自动对准两个PSD,并且使相机中的图像特征转换为机器人的位置特征返回给上位机。最后,搭建了工业机器人精度标定系统平台,对搭建的平台进行了参数辨识和补偿实验。首先对双PSD位置敏感装置做了反馈实验,证明该装置的可行性,通过软件界面读取辨识数据,采集了工业机器人关节误差,对辨识结果进行误差补偿实验,分别对单PSD和双PSD进行了对比实验,证明了双PSD标定系统标定精度更高,更稳定。