[发明专利]机器人和末端执行器的自动标定方法及系统

说明书

技术领域

本发明具体涉及一种机器人和末端执行器的自动标定方法及系统，属于自动化技术领域。

背景技术

工业机器人被设计和制造，用于提供非常高的可重复性来执行预义的任务。他们通常有良好的可重复性，但准确性差，而且准确度通常比重复性差一个数量级。机器人的准确性尚未发展到可以满足生产过程的成熟度水平。这是因为每个工业机器人都是在一定的公差范围内制造的。不会存在两个相同的机械单元。然而，每个机器人控制器使用得都是具有理想参数的相同控制模型，它默认所有的机械单元是相同的。因此，机器人模型中的理想位置与机器人的实际位置之间总是存在一定的误差。

机器人校准是一种经过验证的能够大大提高机器人定位精度的方法。该过程识别机器人运动学结构中的真实几何参数。这些运动参数描述了机器人链节和关节的相对位置和方向。机器人校准领域的研究揭示了不同的校准方法和算法。大量的方法为工业机器人动态模型的发展而存在。Denavit-Hartenberg开发了一种基于齐次变换矩阵的方法[1]。Stone开发了S模型，它为每个机器人关节使用六个参数[2]。Mooring和Tang开发了零参考模型，它不使用公垂线作为链接参数来避免模型奇异性[3]。有广泛的测量系统可用于不同的精度水平。这些系统实现了接触式和非接触式方式，如经纬仪[4]、激光束投影[5]、2D机器视觉[6]、便携式坐标测量机[7]等。但现有的这些机器人校准技术还或多或少存在一些缺陷，例如，需要复杂的校准系统，成本高且难以操作，以及校准的精度不是很立项等。

参考文献：

[1]J.Denavit and R.S.Hartenberg:A kinematic notation for lower-pair mechanisms based on matrices,Trans.ASME J.Applied Mechanics,pp.215-221,1955.

[2]H.W.Stone:Kinematic modeling,identification and control of robotic manipulator.Ph.D.Thesis,Robotic Institute,Carnegie Mellon University,1986.

[3]B.W.Mooring and G.R.Tang:An improved method for identifying the kinematic parameters in a six axis robot,Proceedings of the 1983ASME computers in Engineering Conference,pp.79-84.

[4]D.E.Whitney,C.A.Lozinski,J.M.Rourke:Industrial Robot Forward Calibration Method and Results,Journal of Dynamics Systems,Measurement,and Control,Vol.108/3,pp.1-8,1986.

[5]C.S.Gatla,R.Lumia,J.Wood,G.Starr:Calibration of Industrial Robots by Magnifying Errors on a Distant Plane,Proceedings of the 2007IEEE/RSJ International Conference on Intelligent Robots and Systems,pp.3834-3841.

[6]K.Radkhah,T.Hemker,O.V.Stryk:Self-Calibration for Industrial Robots with Rotational Joints:International Journal of Mechatronics and Manufacturing Systems,Vol.3,No.3/4,pp.187-209,2010.

[7]J.Liu,Y.Zhang,Z.Li:Improving Positioning Accuracy of a Neurosurgical Robot System:Transactions on Mechatronics,Vol.12,No.5,pp.527-533,2007.

发明内容