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基于空间多面体异点投影的机器人基坐标标定

钟佩思 张振宇 刘梅 梁中源 张超 刘金铭

钟佩思, 张振宇, 刘梅, 梁中源, 张超, 刘金铭. 基于空间多面体异点投影的机器人基坐标标定[J]. 制造技术与机床, 2022, (12): 24-32. doi: 10.19287/j.mtmt.1005-2402.2022.12.004
引用本文: 钟佩思, 张振宇, 刘梅, 梁中源, 张超, 刘金铭. 基于空间多面体异点投影的机器人基坐标标定[J]. 制造技术与机床, 2022, (12): 24-32. doi: 10.19287/j.mtmt.1005-2402.2022.12.004
ZHONG Peisi, ZHANG Zhenyu, LIU Mei, LIANG Zhongyuan, ZHANG Chao, LIU Jinming. Calibration of robot base coordinate system based on spatial polyhedron anomaly projection[J]. Manufacturing Technology & Machine Tool, 2022, (12): 24-32. doi: 10.19287/j.mtmt.1005-2402.2022.12.004
Citation: ZHONG Peisi, ZHANG Zhenyu, LIU Mei, LIANG Zhongyuan, ZHANG Chao, LIU Jinming. Calibration of robot base coordinate system based on spatial polyhedron anomaly projection[J]. Manufacturing Technology & Machine Tool, 2022, (12): 24-32. doi: 10.19287/j.mtmt.1005-2402.2022.12.004

基于空间多面体异点投影的机器人基坐标标定

doi: 10.19287/j.mtmt.1005-2402.2022.12.004
基金项目: 山东省自然科学基金资助项目(ZR202103070107,ZR2020MF101)
详细信息
    作者简介:

    钟佩思,男,1966年,博士,教授,博士生导师,研究方向为数控技术与机器人技术、并行工程与虚拟样机、智能设计与制造等。E-mail:pszhong@163.com

    通讯作者:

    刘梅,女,1969年,本科,高级实验师,研究方向为现代设计方法、数控与机器人技术等。E-mail:liumei@sdust.edu.cn

  • 中图分类号: TP241, TP18

Calibration of robot base coordinate system based on spatial polyhedron anomaly projection

  • 摘要: 针对不同类型、不同位置的工业机器人基坐标标定问题,提出一种基于空间多面体异点投影基坐标标定方法。所提出基坐标标定方法借助设计的标定台,分别获取主从工业机器人在空间中不同标定点的关节角度信息,将标定点与基坐标原点在空间中构建多空间多面体,并将空间多面体向主工业机器人所在的X-YX-Z和Y-Z面进行投影,根据投影图形获得远距离及不同类型工业机器人之间位姿变换矩阵。通过引入高斯白噪声误差模拟实际误差,结合理论分析及MATLAB软件进行仿真实验。实验结果表明改进后的基坐标标定方法具有极高的准确性、稳定性和标定精度。

     

  • 图  1  标定台结构

    图  2  标定流程图

    图  3  标定过程

    图  4  空间多面体

    图  5  空间多面体投影

    图  6  测量杆投影长度求解图

    图  7  X-Y面投影

    图  8  6R机器人

    图  9  SCARA机器人

    图  10  双机器人MATLAB模型图

    表  1  各投影面利用及求解参数

    投影平面利用求解参数求解参数
    角度参数位置参数位置偏移参数1位置偏移参数2偏移角度
    X-Y$ {\text{γ }} $$ {p_x} $$ {p_y} $$ {p_{x1}} $$ {p_{y1}} $$ {\gamma _{\textit{z}} } $
    X-Z$ \beta $$ {p_x} $$ {p_{\textit{z}} } $$ {p_{x2}} $$ {p_{\textit{z}1}} $$ {\beta _y} $
    Y-Z$ \alpha $$ {p_y} $$ {p_{\textit{z}} } $$ {p_{y2}} $$ {p_{\textit{z}2}} $$ {\alpha _x} $
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    表  2  实验1和2加入高斯白噪声角度值

    实验振幅标定点位置关节1/rad关节2/rad关节3/rad关节4/rad关机5/rad关节6/rad
    实验10.1标定点P10.628 3−1.570 8001.570 90
    标定点P2−0.628 3−1.570 7001.570 80
    标定点R1−0.448 8000
    标定点R20.448 8000
    0.5标定点P10.628 3−1.571 1001.571 10
    标定点P2−0.628 41.571 0001.570 50
    标定点R1−0.448 8000
    标定点R20.448 8000
    实验20.1标定点P11.047 2−1.570 8001.570 70
    标定点P2−1.047 2−1.570 9001.570 80
    标定点R1−0.628 3000
    标定点R20.628 4000
    0.5标定点P11.047 0−1.570 6001.571 10
    标定点P2−1.047 2−1.750 9001.571 20
    标定点R1−0.618 3000
    标定点R20.628 4000
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    表  3  PRY角度参数与位置参数

    实验振幅位置点RPY角度参数/rad位置参数/m
    $ \alpha $$ \beta $$ \gamma $PxPyPz
    实验10.1P1−3.141 50.000 10.628 31.173 10.852 31.300 0
    P23.141 50.000 1−0.628 31.173 1−0.852 31.300 0
    R1000.448 80.630 7−0.303 70.300 0
    R200−0.448 80.630 60.303 70.300 0
    0.5P1−3.141 60.000 10.628 31.172 80.852 01.300 2
    P2−3.141 3−0.000 5−0.628 41.173 0−0.852 41.300 2
    R1000.448 80.630 7−0.303 70.300 0
    R200−0.448 80.630 70.303 70.300 0
    实验20.1P13.141 6−0.000 11.047 20.725 01.255 81.300 0
    P2−3.141 5−0.000 1−1.047 20.725 0−1.255 71.300 1
    R1000.628 30.566 3−0.411 50.300 0
    R200−0.628 40.566 30.411 50.300 0
    0.5P1−3.141 10.000 51.047 00.725 31.255 81.300 0
    P23.141 30.000 3−1.047 20.724 9−1.255 51.300 1
    R1000.628 30.566 3−0.411 50.300 0
    R200−0.628 40.566 30.411 50.300 0
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    表  4  各投影面参数

    实验振幅X-YX-ZY-Z
    $ {\gamma _{\textit{z}} } $/rad$ {P_{x1}} $/m$ {P_{y1}} $/m$ {\beta _y} $/rad$ {P_{x2}} $/m$ {P_{{\textit{z}} 1}} $/m$ {\alpha _x} $/rad$ {P_{y2}} $/m$ {P_{{\textit{z}} 2}} $/m
    实验10.11.570 84.000 0−1.000 00.000 14.000 01.000 00.000 0−1.000 11.000 2
    0.51.570 73.999 9−0.999 70.000 14.000 01.000 20.000 1−1.000 01.000 1
    实验20.11.570 75.999 9−4.000 10.000 06.000 01.000 10.000 1−4.000 01.000 0
    0.51.570 95.999 6−3.999 80.000 35.999 71.000 10.000 2−4.000 21.000 2
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    表  5  误差值

    实验振幅erot/radetran/m
    实验10.10.000100.00014
    0.50.000170.00022
    实验20.10.000140.00014
    0.50.000540.00036
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  • 收稿日期:  2022-05-18
  • 录用日期:  2022-08-11

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