Калибровка роботаэто процесс, используемый для повышения точности роботов, особенно промышленных роботов, которые имеют высокую повторяемость, но не точны. Калибровка робота - это процесс определения определенных параметров кинематической структуры промышленного робота, таких как относительное положение звеньев робота. В зависимости от типа моделируемых ошибок калибровку можно классифицировать тремя различными способами. Калибровка уровня 1 моделирует только различия между фактическими и заявленными значениями смещения суставов (также известное как освоение). Калибровка уровня 2, также известная как кинематическая калибровка, касается всей геометрической калибровки робота, которая включает угловые смещения и длины суставов. Калибровка уровня 3, также называемая некинематической калибровкой, моделирует ошибки, отличные от геометрических параметров по умолчанию, такие как жесткость, совместимость и трение. Часто калибровки Уровня 1 и Уровня 2 достаточно для большинства практических нужд.[1] [2]
Параметрическая калибровка робота - это процесс определения фактических значений кинематических и динамических параметров промышленного робота (ИР). Кинематические параметры описывают относительное положение и ориентацию звеньев и шарниров в роботе, а динамические параметры описывают массы рук и шарниров, а также внутреннее трение. [3]
Непараметрическая калибровка робота позволяет обойти идентификацию параметров. Используемый с серийными роботами, он основан на прямой компенсации обнаруженных ошибок в рабочем пространстве. При использовании параллельных роботов непараметрическая калибровка может выполняться путем преобразования конфигурационного пространства.
Калибровка роботов может значительно повысить точность роботов, запрограммированных в автономном режиме . Калиброванный робот имеет более высокую абсолютную и относительную точность позиционирования по сравнению с некалиброванным роботом; т.е. реальное положение робота конечных эффекторных лучше соответствует позиции , рассчитанной из математической модели робота. Абсолютная точность позиционирования особенно важна в связи с возможностью замены роботов и автономного программирования точных приложений. Помимо калибровки робота, калибровка его инструментов и деталей, с которыми он работает (так называемая калибровка ячейки ), может минимизировать возникающие неточности и повысить безопасность процесса.
Критерии точности и источники ошибок
Международный стандарт ISO 9283 [4] устанавливает различные критерии эффективности для промышленных роботов и предлагает процедуры испытаний для получения соответствующих значений параметров. Наиболее важными и наиболее часто используемыми критериями являются точность позы (AP) и повторяемость позы (RP). Повторяемость особенно важна, когда робот перемещается к командным позициям вручную («Обучение»). Если программа робота создается путем трехмерного моделирования ( автономное программирование ), абсолютная точность также имеет жизненно важное значение. Оба, как правило, подвергаются негативному влиянию кинематических факторов. Здесь особенно важны смещения шарниров, а также отклонения длин и углов между отдельными звеньями робота.
Системы измерения
Существуют различные возможности измерения позы с помощью промышленных роботов, например, касание эталонных деталей, использование сверхзвуковых датчиков расстояния, лазерная интерферометрия, теодолиты, штангенциркуль или лазерная триангуляция. Кроме того, существуют системы камер, которые можно прикрепить к камере робота или к монтажной плате для ИК-подсветки и получить позу эталонного объекта. Системы измерения и калибровки производятся такими компаниями, как Bluewrist, Dynalog, RoboDK, FARO Technologies, Creaform, Leica, Metris, Metronor, Wiest, Teconsult [5] и Automated Precision, Inc.
Математические принципы
Ошибки робота, полученные при измерении позы, можно минимизировать с помощью численной оптимизации . Для кинематической калибровки должна быть разработана полная кинематическая модель геометрической структуры, параметры которой затем могут быть рассчитаны путем математической оптимизации. Общее поведение системы можно описать с помощью функции векторной модели, а также векторов ввода и вывода (см. Рисунок). Переменные k, l, m, n и их производные описывают размерности одиночных векторных пространств. Минимизация остаточной ошибки r для идентификации оптимального вектора параметров p следует из разницы между обоими выходными векторами с использованием евклидовой нормы.
Для решения задач кинематической оптимизации удобны методы спуска наименьших квадратов, например модифицированный квазиньютоновский метод. Эта процедура предоставляет скорректированные кинематические параметры для измеряемой машины, которые затем, например, можно использовать для обновления системных переменных в контроллере, чтобы адаптировать используемую модель робота к реальной кинематике. [6]
Полученные результаты
Точность позиционирования промышленных роботов зависит от производителя, возраста и типа робота. Используя кинематическую калибровку, в большинстве случаев эти ошибки могут быть уменьшены до менее миллиметра. Пример этого показан на рисунке справа.
Точность 6-осевых промышленных роботов можно повысить в 10 раз [7].
Точность параллельных роботов после калибровки может достигать десятых долей миллиметра.
Примеры приложений
В промышленности существует общая тенденция к замене станков и специальных машин промышленными роботами для определенных производственных задач, требования к точности которых могут быть выполнены с помощью калиброванных роботов. С помощью моделирования и автономного программирования можно легко выполнять сложные задачи программирования, такие как обработка роботом. Однако, в отличие от метода программирования обучения, требуется хорошая точность, а также повторяемость.
На рисунке показан текущий пример: поточное измерение в автомобилестроении, где обычный «измерительный туннель», используемый для 100% -ного контроля с множеством дорогих датчиков, частично заменен промышленными роботами, каждый из которых имеет только один датчик. Таким образом можно значительно снизить общие затраты на измерительную ячейку. Станцию также можно повторно использовать после смены модели путем простого перепрограммирования без механической адаптации.
Другими примерами прецизионных приложений являются роботизированная обработка кромок в производстве кузовов автомобилей, сборка мобильных телефонов, сверление, клепка и фрезерование в аэрокосмической промышленности и, во все большей степени, в медицине.
Смотрите также
Литература
- Тагиев, Н .; Ализаде, Р .: Анализ прямого и обратного смещения для параллельного манипулятора с 6 степенями свободы. В: Mech. Мах. Теория, т. 29, No. 1, London 1994, pp. 115–124.
- Тревельян, JP: Калибровка роботов с фильтром Калмана. Презентация на Международной конференции по передовой робототехнике и компьютерному зрению (ICARCV96), Сингапур, 1996 г.
- NN: ISO 9283 - Управление промышленными роботами. Критерии эффективности и соответствующие методы испытаний. ISO, Женева, 1998 г.
- Beyer, L .; Вульфсберг, Дж .: Практическая калибровка роботов с помощью ROSY. В: Robotica, Vol. 22, Кембридж 2004, стр. 505–512.
- Я. Чжан и Ф. Гао, «Калибровочный тест платформы Стюарта», Международная конференция IEEE по сетям, зондированию и управлению, 2007 г., IEEE, 2007, стр. 297–301.
- А. Нубиола и И. А. Бонев, «Абсолютная калибровка робота ABB IRB 1600 с использованием лазерного трекера», Робототехника и компьютерно-интегрированное производство, Vol. 29 № 1, 2013, с. 236–245.
- Готтлиб, Дж .: Непараметрическая калибровка платформы Стюарта. В: Материалы семинара 2014 г. по фундаментальным вопросам и направлениям будущих исследований параллельных механизмов и манипуляторов, 7–8 июля 2014 г., Тяньцзинь, Китай.
- Ноф, Шимон Ю. Справочник по промышленной робототехнике (глава 5, раздел 9). Vol. 1. Джон Вили и сыновья, 1999.
Рекомендации
- ^ Нубиола, Альберт; Бонев, Илиан А. (01.02.2013). «Абсолютная калибровка робота ABB IRB 1600 с помощью лазерного трекера». Робототехника и компьютерно-интегрированное производство . 29 (1): 236–245. DOI : 10.1016 / j.rcim.2012.06.004 .
- ^ Ноф, Шимон Y (1999). Справочник по промышленной робототехнике (Том 1 изд.). Wiley and Sons. С. 72–74.
- ^ Lightcap, C .; Бэнкс, С. (01.10.2007). «Динамическая идентификация робота mitsubishi pa10-6ce с помощью захвата движения». 2007 Международная конференция IEEE / RSJ по интеллектуальным роботам и системам : 3860–3865. DOI : 10.1109 / IROS.2007.4399425 . ISBN 978-1-4244-0911-2.
- ^ «ISO 9283: 1998 - Управление промышленными роботами. Критерии эффективности и соответствующие методы испытаний» . ISO . Проверено 3 января 2017 .
- ^ «Университет Гельмута Шмидта» .
- ^ «Калибровка параллельной кинематики без указания параметров» . Scribd . Проверено 3 января 2017 .
- ^ РобоДК. «Калибровка робота - РобоДК» . www.robodk.com . Проверено 3 января 2017 .