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工业机器人三维在线自校准系统的研制

黄雷 窦艳红 樊宇 赵梓朝 贺志超 张爽

黄雷,窦艳红,樊宇,等. 工业机器人三维在线自校准系统的研制[J]. 计量科学与技术,2022, 66(2): 3-8 doi: 10.12338/j.issn.2096-9015.2021.0114
引用本文: 黄雷,窦艳红,樊宇,等. 工业机器人三维在线自校准系统的研制[J]. 计量科学与技术,2022, 66(2): 3-8 doi: 10.12338/j.issn.2096-9015.2021.0114
HUANG Lei, DOU Yanhong, FAN Yu, ZHAO Zizhao, HE Zhichao, ZHANG Shuang. Development of a 3D Online Self Calibration Device for Industrial Robots[J]. Metrology Science and Technology, 2022, 66(2): 3-8. doi: 10.12338/j.issn.2096-9015.2021.0114
Citation: HUANG Lei, DOU Yanhong, FAN Yu, ZHAO Zizhao, HE Zhichao, ZHANG Shuang. Development of a 3D Online Self Calibration Device for Industrial Robots[J]. Metrology Science and Technology, 2022, 66(2): 3-8. doi: 10.12338/j.issn.2096-9015.2021.0114

工业机器人三维在线自校准系统的研制

doi: 10.12338/j.issn.2096-9015.2021.0114
基金项目: 国家重点研发计划项目(2018YFF0212702);吉林省科技发展计划项目(20200401107GX,20190302024GX)。
详细信息
    作者简介:

    黄雷(1982-),吉林省计量科学研究院副高级工程师,研究方向:几何量专业坐标测量、精密测量,邮箱:93768351@qq.com

Development of a 3D Online Self Calibration Device for Industrial Robots

  • 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。
  • 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  2  三维校准器结构图

    Figure  2.  Structure diagram of 3D calibrator

    图  3  三维在线自校准装置

    Figure  3.  Three dimensional online self calibration device

    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

    图  5  300 mm范围内标定前后误差

    Figure  5.  Errors before and after calibration within 300 mm

    图  6  600 mm范围内标定前后误差

    Figure  6.  Errors before and after calibration within 600 mm

    图  7  数据验证

    Figure  7.  Data validation

    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

    iαi-1a i-1/mmdi/mmθi
    100d1θ1
    2−90+δα1δa10θ2−90+δθ2+c2γ2
    3δα2a3+δa2δd3θ3+δθ3+c3γ3
    4−90+δα3a4+δa3d4+δd4θ4+δθ4+c4γ4
    590+δα4δa4δd5θ5+δθ5+c5γ5
    6−90+δα5δa5d6θ6+180+c6γ6
    下载: 导出CSV

    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

    iαi-1a i-1/mmdi/mmθi
    100290θ1
    2−90+δα1δa10θ2−90+δθ2+c2γ2
    3δα2270+δa2δd3θ3+δθ3+c3γ3
    4−90+δα370+δa3302+δd4θ4+δθ4+c4γ4
    590+δα4δa4δd5θ5+δθ5+c5γ5
    6−90+δα5δa572θ6+180+c6γ6
    下载: 导出CSV

    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
    x0153.507 mm+δx0
    y0−256.442 mm+δy0
    z0−228.116 mm+δz0
    α090.487°+δα0
    β0−1.054°+δβ0
    φ0−0.165°+δφ0
    xt149.679 mm+δxt
    yt1.859 mm+δyt
    zt120.806 mm+δzt
    αt0.000°
    βt90.000°
    φt0.000°
    下载: 导出CSV
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  • 网络出版日期:  2021-12-29

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