工业坐标测量机器人定位误差补偿技术研究

工业坐标测量机器人定位误差补偿技术研究 

王 一 刘常杰 任永杰 叶声华 

(天津大学精密测试技术及仪器国家重点实验室 天津 300072) 

* 

摘要：由通用工业机器人和视觉传感器组成的柔性坐标测量系统是视觉检测技术在工业在线测量领域的重要应用。工业机器 人的机械结构和控制过程复杂，因此其定位误差成为影响系统测量精度的最主要因素，但可以通过修正连杆参数的方式加以 补偿。以 MD-H 运动学模型为基础，建立机器人工具中心点(Tool center point, TCP)的基于相对定位精度的定位误差补偿模 型，避免坐标在不同坐标系转换过程中产生精度损失。对与机器人测量姿态有关的柔度误差进行针对性补偿，通过建立柔性 关节的弹性扭簧模型，将柔度误差分解为外加负载柔度误差和机械臂自重柔度误差分别进行补偿。标定过程中使用激光跟踪 仪作为外部高精度测量设备，只需在单点测量模式下就能实现对TCP的三维坐标采集，大大简化数据采集过程。经过补偿后， 标定点处的均方根误差由之前的1.2302mm降至0.4288mm，验证点处的则由0.7236mm降至0.5054mm。 关键词：工业机器人 定位误差 相对定位精度 柔度误差 激光跟踪仪 中图分类号：TP202 

Research on CompensationforPositioning Error of Industrial Coordinate 

Measurement Robot 

WANG Yi  LIU Changjie REN Yongjie  YE Shenghua 

(State Key Laboratory of Precision Measuring Technology & Instrument, Tianjin University, Tianjin 300072) 

Abstract：The flexible coordinate measurement system consists of universal industrial robot and visual sensor is a very important application of visual inspection technology in the area of industrial online measurement. Thepositioningerror of the industrial robot’s is the most major factor which affects system measurement accuracy due to robot’s complex mechanical structure and control process, but it can be compensated by modifying the link parameters. The positioning error model of Tool center point(TCP) on the basis of relative poisoning accuracy is derived by means of Modified Denavit­Hartenberg kinematics convention, which can avoid accuracy loss in the transformation among different coordinate frames. Pertinence study on compliance errors related to robot’s postures is carried out. By establishing the elastic torsion spring model of flexible joints, compliance errors are divided into two parts, the compliance error from external load and that from manipulator itself gravity, to be compensated separately. A laser tracker is used as high precise measurement equipment in the calibration process to simplify the operation so that the three dimension coordinates of TCP can be acquired in the single point measurement mode. After compensation, the root­mean­square error of calibration points reduced to 0.4288mm from 1.2302mm and that ofvalidation points reduced to 0.5054 mm from 0.7236mm. Key words：Industrialrobot Positioningerror 

Relative positioning accuracy 

Compliance error 

Laser tracker 

0 前言 

由通用工业机器人和视觉传感器组成的柔性坐 标测量系统能够在工业生产现场对大型工件的关键 尺寸进行 100%在线实时监测，具有非接触、测量 精度适中、自动化程度高和适应性强等突出优点，

* 国家高技术研究发展研究计划(863 计划，2008AA042407)，国家自然 科学基金(50805105)。********收到初稿，********收到修改稿

已成为保证零件质量和提高生产率的重要手段[1,2]  。

系统的测量精度由机器人定位精度、传感器测 量精度和现场全局校准精度共同决定，其中机器人 的定位误差是系统测量误差的最大来源。机器人标 定是通过在选定的标定空间内修正运动学参数来实 现定位精度的提升，相关的研究有从机械臂结构出 发，利用激光跟踪仪建立电机轴线方程获得实际关 节参数[3,4]  ；重点研究标定算法，如使用傅里叶多项 式等解析函数[5]  、人工神经网络等最优化方法[6,7]  ；