工业机器人位姿误差建模及仿真.pdf

华南理工大学学报(自然科学版) JournalofSouthChina of Vd．37No．8 第37卷第8期 UniversityTechnology Science 2009 2009年8月 (Natural Edition) August 工业机器人位姿误差建模与仿真％ 黄晨华 张铁+谢存禧 (华南理工大学机械与汽车工程学院，广东广州510640) 摘要：针对机器人姿态的视觉测量方式，建立了适用于机器人全标定的运动学模型，在 此基础上推导了以世界坐标系为标定的基准坐标系且包含所有参数的误差模型，指明了 误差模型的参考坐标系，解决了仿真上的关键技术，研究了验证误差模型正确性和精度的 公式，并对误差模型的正确性和误差辨识精度进行了仿真对比．结果表明：误差模型有一 定的精度限制；随着测量次数的增加，误差辨识的精度会提高，但当测量次数达到一定数 量时．辨识精度提高不明显． 关键词：工业机器人；机器人标定；误差建模；视觉测量；绝对精度 中图分类号：TP242．2 文献标识码：A 机器人标定是提高机器人绝对精度的重要手 实用上还有待改进．另外，在已有的研究中，大都假 段，一直是机器人领域的研究热点．机器人标定一般 设机器人的基坐标系相对于测量系统坐标系是可准 分4个步骤进行：建模、测量、辨识与补偿¨≈J．建模 确测量的”击J，没有考虑机器人基坐标与测量系统 就是把影响机器人精度的因素包含在机器人的运动 的坐标之间的转换误差，而在实际的测量中，机器人 学模型中，测量出机器人末端操作器的实际位姿，再 的基坐标是很难准确测量的．文中基于D-H运动学 与理论位姿相比较，得到机器人的位姿误差，通过辨 模型，采用视觉测量机器人的三维姿态，考虑测量系 识的方法，获得影响机器人精度的因素的大小，再用 统坐标与机器人基坐标之间的转换误差，以课题组 软件的形式进行补偿，从而提高机器人的精度．在标 研制的6自由度喷涂机器人为对象，研究以世界坐 定过程中，误差建模与位姿的测量是紧密相关的．用 标系为标定的基准坐标系的机器人标定误差模型， 于机器人标定的测量仪器通常有激光动态跟踪仪、 并用仿真的方法验证误差模型的正确性与收敛性。 经纬仪、三坐标测量机、CCD交互测量仪、随动测量 机构等．上述所有测量方式均存在价格昂贵、操作繁 1基于视觉测量的运动学模型 锁、工作量大等缺点，20世纪90年代，以Zhuang等 用于测量机器入三维姿态的摄像机用支架安装 人为代表，开展了基于机器人手眼系统的机器人标 在机器人末端的法兰盘上．按D—H建模方法，关节 定，并提出了摄像机与机器人同时标定的数学模 坐标如图1所示． 型【34】，但其所采用的机器人运动学模型为一种称 and Con- 图中，(置，气)为各机器人臂的关节坐标(i=1， 为MCPC(ModifiedCompleteParametrically 2，…，5)，下标0表示机器人的基坐标，下标c表示 tinuous)的运动学模型，此模型虽然克服了平行关节 的问题，但由于现行的机器人，主要是基于D—H模 摄像机坐标，