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漢振分享 | 無序抓取機器人外部轉動軸的標定
日期:2020年03月12日

在無序抓取項目中,通常會采用對工業機器人加裝外部軸的方式來增加機器人的靈活度,更好地適應工件的擺放姿態,從而提高工件的抓取成功率。然而加工精度以及裝配過程中帶來的誤差會導致轉動軸理論值和實際值產生偏差。采用絕對精度測量儀能夠標定外部軸的絕對精度,但是成本較高,并且實際項目中無法提供測量條件。因此在工業場景,通常采用多次利用機器人TCP坐標來人為標定外部轉動軸。


外部轉動軸通常和一般的機器人關節類似,相當于在機器人六個關節的基礎上,加入第七個關節。標定第七軸需要得到三個參數,旋轉點坐標,旋轉軸方向和旋轉半徑。利用這三個參數,可以求出第七軸的DH參數,能夠配合機器人在第七軸以固定角度抓取的情況下,求出逆解。


首先要做的是將外部轉動軸轉動固定角度,運用機器人自帶的TCP工具來標定外部轉動軸在不同轉動角度下工具坐標值。在標定機器人TCP值的時候,選取點的位姿個數一般大于6個,選取點的位姿之間差異盡量大一點,這樣有助于提高機器人TCP標定的精度。

 獲取的工具坐標值將直接影響后續的標定精度。尤其是在外部軸較長的情況下,精度影響較大,需要配合轉動軸的理論尺寸來驗證TCP的準確性。

這次標定中,樣本采取了5個值,第七軸的相對轉動角度為0°,30°,-30°,60°,-60°。


轉動軸標定的方法采用的是擬合空間圓的方法。求出旋轉軸的旋轉位置及旋轉向量。

空間圓的參數方程能夠表示為:


其中a1,a2,a3b1,b2,b3分別表示了0°和90°時的空間圓上的單位向量。r表示空間圓的半徑,c1,c2,c3表示了空間圓的圓心。

采樣值假設為:


采樣時的角度為θi。

根據最小二乘公式:


將測出來的實際值Pi代入上述的公式并求偏導就可以求出圓心坐標C和法向量N。


但是這樣的條件是不夠的,需要一定的樣本數量。而工業機器人標定TCP過程較繁瑣,采樣時間長。實際操作中,人為標定一次TCP可能要花上十分鐘的時間。在樣本較少的情況下,需要對得到的結果進行反饋優化迭代,修正誤差。

機器人的TCP誤差,按ABB-IRB1600型號機器人來說,大約為0.5mm,最終5個角度的理論誤差如下圖,標定的轉動軸誤差最大在0.6mm,基本達到了一個TCP的誤差。


目前認為電機的轉動誤差是可以忽略的,即電機的轉動增量是個確定值。轉動軸的零位取決于末端姿態與法蘭盤的姿態。本次測試中,期望的末端姿態與法蘭盤姿態一致,但是實際上存在一定的角度偏差,而這個角度的偏差值可以通過上文提到的a,b兩個向量,再根據實際零位時標定的TCP,與求出旋轉圓心得到的零位向量求得。

在無序抓取項目中,需要計算抓取點到法蘭盤的位姿,所以外部轉動軸的零位標定精度需要盡可能地提高,實際工程中需要多次調試。


配合視覺識別,設定不同的抓取角度和第七軸的轉動角度,設定抓取點為待測試工件的中心,保持工件不動。第七軸末端的標準撞針能指向設定的抓取點,誤差小于1mm。


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