机器人柔性坐标测量系统现场校准技术研究_刘常杰

电子·激光第22卷第1期　2011年1月 Journal of Optoelectronics·Laser V ol.22N o.1　Jan.2011工业机器人坐标测量系统实时校准补偿技术刘常杰＊,解成超,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:针对工业机器人测量系统连续长时间运行时参数不断发生变化,研究了一种采用实时校准的补偿方法。

在测量周期内,多姿态测量空间固定点,根据固定点坐标与机器人参数的关系,快速反向求解出机器人变化的参数,实现机器人模型参数实时校准;将校准后的参数应用到测量模型中,有效地减小测量系统因机器人模型参数变化而引起的系统测量误差。

实验表明,该方法能够有效地将系统测量误差从0.5mm减小到0.2mm。

关键词:机器人;在线坐标测量系统;温度补偿中图分类号:TP212.14　文献标识码:A 文章编号:1005-0086(2011)01-0086-05Study on real-tim e calibration and com pensation of the coor dinatem easurem ent syste m for industr y robotLIU Chang-jie＊,XIE Cheng-chao,YE Sheng-hua(State Key Laboratory of Precision Measuring Technology and Instrument,Tianjin University,Tianj in300072,Chi-na)A bst ract:The ac curacy of the robot measurement system is greatly affected by the parameter var iationsdue to the heating problems from the robot and environmental changes after long time operation.A real-time c alibration method was presented to compensate the system parameters of the robot.Several fixedpoints in the spac e with different poses were measured during the measuring c ircle.Acc ording to the re-lationship between the c oordinates of the fixed points and the robot parameters,the parameters of therobot variations were calc ulated and calibrated in real-time.The system measuring errors resuting fromthe robot parameter variations were effectively reduc ed.The exper imental results show that the systemmeasurement error is reduced from0.5mm to0.2mm.Ke y wor ds:robot;online c oordinate measurement system;temperature compensation1　引　言 近10年,工业机器人技术发展迅速,运动精度、重复性等指标有了长足的进步,一定程度上能够满足工业现场测量系统的精度需求。

机器人柔性坐标测量系统现场校准技术研究发表时间：2017-10-30T10:07:22.517Z 来源：《基层建设》2017年第20期作者：田华[导读] 摘要：机器人柔性坐标测量系统可实现大工件尺寸的在线大测量。

宁夏计量测试院宁夏银川 750200摘要：机器人柔性坐标测量系统可实现大工件尺寸的在线大测量。

是自动化生产线的关键质量监控设备。

现场标定技术是柔性坐标测量系统的关键技术之一，标定精度直接影响系统的测量精度。

手眼关系、机器人运动学模型参数和机器人坐标系是现场标定的主要内容。

通过对中介目标的设计、手眼关系激光跟踪仪测量方法，转换精度不受运动误差影响；校准领域的建立，基于不变的距离测量的现场标定模型链接参数；根据机器人的运动学正解和激光跟踪仪的动力学模型，应用奇异值分解法求解基于机器人基坐标系的高精度矩阵转移登记。

激光跟踪仪标定后，可以利用测量系统实现机器人参考球的快速在线标定，减小模型参数对系统测量精度的影响。

实验结果表明，标定系统的整体误差小于0.2mm。

关键词：工业机器人；视觉测量；现场校准；手眼关系；奇异值分解；基准球前言工业机器人柔性坐标测量系统的优势相结合的快速、非接触、视觉测量、基于柔性机器人自动化，实现大型工件100%工业现场的在线实时测量，已成为一个关键设备大型工件自动生产线和生产过程监控。

柔性坐标测量系统采用一个或多个机器人，并在关节末端安装视觉传感器，并结合测量、控制和数据管理软件。

测量是建立在机器人运动学模型和计算机控制下的传感器模型的基础上的。

结构复杂的测量系统，链节的大小，影响测量精度的因素很多，且彼此相关，其中最难控制的系统的精度，主要原因如下：（1）机器人是由多个手臂和关节，是一种自由的结构多机，运动学模型是由许多参数的加工和装配，环境的影响，机械变形误差，有一个与理论值偏差大，使用的参数会发生变化，和机器人定位精度水平不高；（2）在工业现场建立高精度的机器人基坐标系与工件坐标系之间的坐标变换关系（以下称为机器人的外部姿态）非常困难；（3）简单的手眼标定引入了带有误差的机器人运动学模型，降低了手眼关系的校准精度。

机器人柔性扫描测量系统标定方法
王钰鑫;周志龙;刘巍
【期刊名称】《新技术新工艺》
【年(卷),期】2022()7
【摘要】为了实现复杂工件的在线快速测量,开发了一种基于工业机器人与结构光扫描仪的柔性测量系统,结构光传感器安装在机械臂末端。

针对该系统整体测量精度不足问题,提出了一种基于距离约束的手眼关系参数和机器人运动学参数联合标定方法。

首先,通过机器人单轴旋转与基于罗德里格矩阵的算法实现手眼关系初始标定;然后,建立了基于距离约束的误差模型,通过Levenberg-Marquardt算法辨识系统参数,保证了参数辨识的准确性和鲁棒性,最终实现了对手眼参数误差和机器人运动学参数误差的修正。

基于KUKA机器人和结构光扫描仪进行了标定和测量试验。

试验结果表明,在机器人的工作空间内,距离误差的最大值由0.8893 mm降低到0.4249 mm,平均值由0.7784 mm降低到0.3852 mm,验证了该标定方法的有效性。

【总页数】7页(P74-80)
【作者】王钰鑫;周志龙;刘巍
【作者单位】大连理工大学机械工程学院
【正文语种】中文
【中图分类】TP242.2
【相关文献】
1.机器人柔性视觉测量系统标定方法的改进
2.机器人柔性视觉测量系统标定方法的改进
3.机器人柔性视觉测量系统标定方法的改进措施研究
4.三维形貌柔性测量系统标定方法及验证
5.三维表面扫描机器人系统本体标定新方法
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基于机器人的柔性电子检具测量系统邾继贵;郭磊;刘常杰;林嘉睿;叶声华【摘要】A new measuring system of flexible electronic checking fixture on an industrial robot was proposed to overcome the shortcomings of the real special checking fixtures commonly used in industrial production with high costs, Poor flexibility and low automation. A vision sensor was fixed on the terminal tool of the industrial robot taken as the flexible automation platform. By teaching the robot to run the programmed measuring path, the every local sensor system was unified to the global system by global calibration technology. As the repetitive position error of the robot in this process is an important influencing factor on the overall system accuracy, an optical precise measuring method was presented to compensate the whole measuring results in real-time via measuring the repetitive position error by taking another camera as a control camera and combining with global control points fixed on the supporting assembly. Finally,the obtained results were campared with CAD digital module in a computer to realize the virtual flexible checking fixture function. Experimental result indicates that the o-verall three-dimensional root mean square (RMS) error of fourteen space points is 0. 101 mm,which shows that the principle of method is reasonable. It overcomes the limitation of real checking fixture in high cost, heavy waste and accuracy affected by personal errors.%针对工业生产中常用的专用实物检具成本高、柔性差、自动化程度低的缺点,提出一种工业机器人柔性电子检具测量系统.以工业机器人为柔性自动化平台,将视觉传感器固定于机器人末端工具上,利用机器人示教功能规划测量路径,通过全局标定技术将局部测量结果统一到全局坐标系中.考虑测量过程中机器人重复定位误差是影响系统整体精度的主要因素之一,采用光学精密测量方法,将另一相机作为控制相机,利用摄影测量技术结合固定于支撑部件上的全局控制点测量机器人重复定位误差,实时补偿整体测量结果.将测量数据与CAD数模比对,构造虚拟柔性电子检具功能.实验显示,系统测量14个空间点的三维总体均方根误差为0.101 mm.结果表明,提出的方法原理正确,能够克服实物检具费用高、浪费严重、人为因素影响检测精度的局限.【期刊名称】《光学精密工程》【年(卷),期】2011(019)008【总页数】7页(P1787-1793)【关键词】精密工业测量;柔性电子检具;工业机器人;近景摄影测量;激光视觉测量【作者】邾继贵;郭磊;刘常杰;林嘉睿;叶声华【作者单位】天津大学精密测试技术及仪器国家重点实验室,天津300072;天津大学精密测试技术及仪器国家重点实验室,天津300072;天津大学精密测试技术及仪器国家重点实验室,天津300072;天津大学精密测试技术及仪器国家重点实验室,天津300072;天津大学精密测试技术及仪器国家重点实验室,天津300072【正文语种】中文【中图分类】TP242.2;TP274.51 引言检具技术广泛应用于汽车工业,是控制汽车零部件和分总成制造装配精度最有效、最直观的手段。

专利名称：机器人柔性视觉测量系统中工具坐标系快速修复方法
专利类型：发明专利
发明人：任永杰,尹仕斌,邾继贵,张园
申请号：CN201310024975.3
申请日：20130123
公开号：CN103115629A
公开日：
20130522
专利内容由知识产权出版社提供
摘要：本发明属于机器人柔性视觉测量技术领域，涉及一种机器人柔性视觉测量系统中工具坐标系快速修复方法，包括：现场安装测量设备；通过示教编程控制机器人变位姿运动，利用结构光视觉传感器测量各个位置处基准球的球心坐标；求解工具坐标系相对于机器人末端坐标系的位置和姿态；定义机器人程序中的工具坐标系，并在此工具坐标系下示教机器人测量轨迹；在结构视觉光传感器和机器人法兰末端之间的相对位置发生变化后，重新控制工业机器人做4次平动、6次变位姿运动的位姿；重新定义机器人程序中的工具坐标系。

本发明在保证安全性的同时可以节省时间和劳动力，同时满足机器人柔性视觉检测系统中现场机器人发生碰撞事故后快速恢复生产测量的应用需求。

申请人：天津大学
地址：300072 天津市南开区卫津路92号
国籍：CN
代理机构：天津市北洋有限责任专利代理事务所
代理人：程毓英
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