使用激光跟蹤儀提升碼垛機(jī)器人精度

1.背景

碼垛機(jī)器人是一種用于工業(yè)自動(dòng)化的機(jī)器人，專門(mén)設(shè)計(jì)用來(lái)將物品按照一定的順序和結(jié)構(gòu)堆疊起來(lái)，通常用于倉(cāng)庫(kù)、物流中心和生產(chǎn)線上，它們可以自動(dòng)執(zhí)行重復(fù)的、高強(qiáng)度的搬運(yùn)和堆垛任務(wù)。

圖1 碼垛機(jī)器人

傳統(tǒng)調(diào)整碼垛機(jī)器人的方法，通常在組裝后先按機(jī)械刻度粗調(diào)每個(gè)關(guān)節(jié)零位，然后機(jī)器人分別沿X/Y方向，走固定長(zhǎng)度的距離，用尺子或其它工具測(cè)量實(shí)際距離，計(jì)算偏差，根據(jù)偏差再進(jìn)行微調(diào)零位，但這種調(diào)整方式有很大的局限性，對(duì)機(jī)器人的絕對(duì)定位精度提升有限，無(wú)法滿足工業(yè)發(fā)展需要。

圖2 傳統(tǒng)方式測(cè)量機(jī)器人X向運(yùn)動(dòng)偏差

2.解決方案

針對(duì)工業(yè)機(jī)器人行業(yè)提升絕對(duì)精度的需求，深入行業(yè)調(diào)研實(shí)測(cè)，RobotMaster軟件系統(tǒng)專門(mén)應(yīng)對(duì)工業(yè)機(jī)器人校準(zhǔn)及性能需求，搭配GTS系列激光跟蹤儀, 搭建成一套完備的工業(yè)機(jī)器人校準(zhǔn)及檢測(cè)方案。

其中GTS激光跟蹤儀搭配iTracker六維姿態(tài)傳感器（圖3），可實(shí)現(xiàn)對(duì)目標(biāo)位置和姿態(tài)的動(dòng)態(tài)跟蹤及高精度測(cè)量，可同時(shí)實(shí)現(xiàn)對(duì)工業(yè)機(jī)器人位置精度和姿態(tài)精度的監(jiān)控和測(cè)量，契合工業(yè)機(jī)器人性能指標(biāo)的測(cè)量需求。

圖3 使用六維姿態(tài)傳感器測(cè)量機(jī)器人

激光跟蹤儀校準(zhǔn)機(jī)器人的原理：通過(guò)GTS激光跟蹤儀，可以精確測(cè)量機(jī)器人末端在一系列預(yù)定義關(guān)節(jié)角度下的實(shí)際位姿，RobotMaster軟件將測(cè)量數(shù)據(jù)與內(nèi)部通過(guò)DH模型轉(zhuǎn)換得到的理論值進(jìn)行計(jì)算。根據(jù)計(jì)算所得偏差，通過(guò)軟件的算法調(diào)整DH模型，使得理論位置與測(cè)量位置之間的差異最小化，將修正后的參數(shù)補(bǔ)償進(jìn)機(jī)器人，從而提高其精度。

3.校準(zhǔn)流程

3.1 模型創(chuàng)建

在RobotMaster軟件中選擇碼垛機(jī)器人，建立機(jī)器人的理論DH模型（圖4），如果沒(méi)有DH模型，也可用常規(guī)模式創(chuàng)建桿長(zhǎng)模型。

圖4 碼垛機(jī)器人DH模型

3.2 數(shù)據(jù)采集

（1）通過(guò)跟蹤儀采集碼垛機(jī)器人不同位置的50個(gè)點(diǎn)位。

圖5 跟蹤儀測(cè)量進(jìn)行數(shù)據(jù)采集

（2）數(shù)據(jù)采集完畢后，進(jìn)入模型驗(yàn)證步驟，軟件將測(cè)量數(shù)據(jù)與理論值進(jìn)行計(jì)算得到各點(diǎn)位偏差。根據(jù)偏差大小可以輔助判斷使用的DH模型是否正確，也可以根據(jù)實(shí)際測(cè)量情況，選擇去掉個(gè)別異常點(diǎn)進(jìn)行分析校準(zhǔn)，如圖6，去掉異常點(diǎn)P6后，驗(yàn)證偏差整體下降。 

圖6 整體計(jì)算P6點(diǎn)異常大（左）和去掉P6計(jì)算結(jié)果正常（右）

3.3 模型校準(zhǔn)

根據(jù)需要進(jìn)行校準(zhǔn)項(xiàng)勾選進(jìn)行校準(zhǔn)計(jì)算，得到校準(zhǔn)后的DH模型（圖7左），將補(bǔ)償值修正到機(jī)器人控制器，完成對(duì)機(jī)器人參數(shù)的補(bǔ)償，可以看到校準(zhǔn)后的最大位置精度提升到到0.5mm左右（7右）。

圖7 DH模型校準(zhǔn)（左）和去掉P6計(jì)算結(jié)果正常（右）

3.4 校準(zhǔn)驗(yàn)證

切換性能檢測(cè)模塊，該模塊依據(jù)GB/T 12642即ISO 9283標(biāo)準(zhǔn)要求，幫助用戶完成對(duì)工業(yè)機(jī)器人各項(xiàng)性能指標(biāo)的測(cè)試。

創(chuàng)建立方體，進(jìn)行S1-位姿準(zhǔn)確度和重復(fù)性項(xiàng)測(cè)試，從圖7可以看出，校準(zhǔn)后的碼垛機(jī)器人位置準(zhǔn)確度最大在0.5mm左右，與校準(zhǔn)結(jié)果相符。

圖8 位置準(zhǔn)確度與重復(fù)性

4.結(jié)論

工業(yè)機(jī)器人校準(zhǔn)及性能檢測(cè)系統(tǒng)，借助RobotMaster軟件強(qiáng)大的機(jī)器人校準(zhǔn)和檢測(cè)功能，配合GTS激光跟蹤儀頂尖的跟蹤測(cè)量性能，強(qiáng)強(qiáng)組合，已經(jīng)在工業(yè)機(jī)器人領(lǐng)域取得了客戶充分認(rèn)可和肯定，未來(lái)將用更快的響應(yīng)和更好的服務(wù)支持，滿足機(jī)器人行業(yè)的不同需求，與客戶共同提高，確保機(jī)器人的性能時(shí)刻處于理想狀態(tài)。