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Development of a 3D Online Self Calibration Device for Industrial Robots
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摘要: 针对工业机器人校准成本与校准精度难以平衡的问题，研究了一种针对工业机器人的三维低成本高精度接触式自校系统。该系统的三维校准器安装于机器人末端位置（TCP），采用三个互相正交的高精度位置传感器，通过研究工业机器人D-H参数校准算法，并对专用四球校准台精密迭代测量，可实现对工业机器人D-H参数的低成本、高精度在线自校准。通过与激光跟踪仪进行验证试验，各测量点的最大En值为0.63，小于1，验证结果满意。Abstract: Aiming at the problem of balancing the cost and accuracy in calibration of industrial robots, a low-cost three-dimensional high-precision contact self-calibration system for industrial robots was developed. The three-dimensional calibrator is installed in the end position of the robot (TCP). Using three orthogonal high-precision position sensors, the D-H parameters of industrial robots can be calibrated online with low cost and high precision by the calibration algorithm of D-H parameters of industrial machines and precise iterative measurement of a special four ball calibration table. A comparison with a laser tracker showed that the maximum En value of each measurement point was 0.63 and the comparison result was satisfactory.
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Key words:
- metrology /
- industrial robot /
- online self calibration /
- high-precision /
- three dimensional calibrator
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图 1 系统结构
1.三维校准器；2.传感器数据传输线缆；3.零位快速定位夹具；4.四球校准台；5.三维角度调整器；6.控制电脑；7.被校准工业机器人
Figure 1. System structure
图 4 工业机器人D-H参数校准方法步骤
Figure 4. Steps of D-H parameter calibration method for industrial robots
表 1 D-H 运动学和非运动学误差模型
Table 1. D-H kinematic and non kinematic error models
i αi-1/° a i-1/mm di/mm θi/° 1 0 0 d1 θ1 2 −90+δα1 δa1 0 θ2−90+δθ2+c2γ2 3 δα2 a3+δa2 δd3 θ3+δθ3+c3γ3 4 −90+δα3 a4+δa3 d4+δd4 θ4+δθ4+c4γ4 5 90+δα4 δa4 δd5 θ5+δθ5+c5γ5 6 −90+δα5 δa5 d6 θ6+180+c6γ6 
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表 2 D-H 新松6轴机器运动学和非运动学误差模型
Table 2. Kinematic and non kinematic error models for a D-H Xinsong 6-axis machine
i αi-1/° a i-1/mm di/mm θi/° 1 0 0 290 θ1 2 −90+δα1 δa1 0 θ2−90+δθ2+c2γ2 3 δα2 270+δa2 δd3 θ3+δθ3+c3γ3 4 −90+δα3 70+δa3 302+δd4 θ4+δθ4+c4γ4 5 90+δα4 δa4 δd5 θ5+δθ5+c5γ5 6 −90+δα5 δa5 72 θ6+180+c6γ6
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表 3 新松6轴机器人的初始参数
Table 3. Initial parameters of the Xinsong 6-axis robot
初始参数 标称值 x0 153.507 mm+δx0 y0 −256.442 mm+δy0 z0 −228.116 mm+δz0 α0 90.487°+δα0 β0 −1.054°+δβ0 φ0 −0.165°+δφ0 xt 149.679 mm+δxt yt 1.859 mm+δyt zt 120.806 mm+δzt αt 0.000° βt 90.000° φt 0.000°
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