基于正交試驗法的工業機器人定位誤差測量研究

劉旭升

摘要??? 了能夠對工業機器人定位誤差進行測量，創建機器人定位誤差測量系統數學模型，基于正交試驗表，對工業機器人定位誤差需要收集的數據樣本空間進行確定，測量工業機器人在樣本空間中的定位誤差。

【關鍵詞】正交試驗 工業機器人 定位誤差

在工業科技不斷發展的過程中，機器人屬于類人自動化設備，正在逐漸的代替人類實現大量高精度、高強度的工作人員，被人們廣泛使用。但是目前使用哪種方法對預定作用需求控制，都會因為存在的誤差降低定位精度。所以，就要測量定位誤差，解決實際問題。

1 工業機器人定位誤差測量系統

工業機器人定位誤差測量系統中的P指的是待測量靶標中心，B指的是基坐標系，M指的是FAROARM的坐標系，F指的是機器人法蘭盤坐標系。FAROARM能夠對靶標中心在M坐標系中的坐標進行直接的測量，并且機器人自身也能夠成為測量裝置得到被機器人所抓著的靶標中心P在機器人B坐標中的坐標，兩者實現坐標轉換，就能夠到同個坐標系中統一，從而對比得到工業機器人在工作空間中各測量點位置誤差。工業機器人定位誤差測量系統數學模型為：

ΔP=PM-BTMFTBPF

ΔP指的是工業機器人測量點P位置誤差，PM指的是P測量點在M坐標系中的坐標，FTB指的是工業機器人F坐標系和機器人B坐標系的轉換矩陣，BTM指的是機器人B坐標系和M坐標系的轉換矩陣，PF指的是P點在F坐標系中的坐標。

使用機器人D-H方法創建連桿坐標系，在運動學分析過程中，相鄰連桿之間坐標系轉換矩陣為：

以此表示，為了能夠得到工業機器人在工作空間中不同測量點的定位誤差，就要實現BTM和PF的預先標定。之后，只要對機器人各關節角進行改變，就能夠對機器人工作空間中的多組定位誤差數據進行測量。

2 定位誤差測量

工業機器人定位誤差和機器人工作空間中的位姿具有密切關系，為了能夠將機器人實際定位誤差分布情況進行展現，從理論上分析，收集數據越多，對于機器人結構參數標定就會越有利。但是實際情況是要降低收集數據量，為了對此問題進行解決，使用正交實驗法設計原理在實驗之前合理安排實驗的過程。對測量樣本空間正交試驗過程進行確定，使工業機器人六個轉動關節成為確定機器人空間位姿指標影響因素，充分考慮實際情況，所有因素都取五個左右水平，之后實現定位誤差測量。

定位誤差測量的目的就是對機器人手臂末端運行情況和定位誤差分布的情況進行觀察，本文利用SIAI機器人。在利用正交試驗法實現測量的過程中，要收集數據。充分考慮測量范圍有限，實際測量樣本空間使用兩次正交表得到。先劃分機器人整體空間成為25個樣本子空間，之后在所有子空間中設計相應測量點。

以機器人從零點運行到工作區域中的點，利用定位誤差測量收集此點的位置。通過測量之后得到的最大駐留點距離為1158.31um、1114.6847um，機器人重復定位精度指的是56.60um，通過兩次測量結果表示，距離誤差分布具備一定重復性，所以此結果并不是由于隨機擾動導致的。以第一次得出的定位誤差，實現程序中原始駐留點位移補償調整。補償之后駐留點最大距離誤差就是227.84um，降低定位誤差為19.67%。實驗結果表示，此機器人絕對誤差有80%能夠補償。

3 實例驗證

使機器人運行到305個不同工位中，其中300個工位辨識參數，在取點的過程中使機器人在關節空間中的各關節都能夠運動，基于笛卡爾空間，使末端根據X、Y、Z運動，控制坐標系位置不發生變化，從而提高辨識參數值的精準性。其他工位實現重復性的實驗，進行結果對比，驗證測量精度及補償結果。

因為機器人控制模型源碼開放，從而得到連桿參數實際值能夠及時的到機器臂控制器進行反饋，修正名義值。修正參數補償誤差之后，對機器人重新控制，實現機器人末端實際值的再次測量，測量結果見圖1。

通過大量的反復試驗得到以下結論：

（1）此測量方法的精度比較高，并且滿足實際需求，除了會受到相機測單點精度影響以外，還會受到球體加工精度和表面粗糙度限制。

（2）通過測量結果表示，雙目視覺及激光跟蹤儀實現標定，補償之后機器人定位精度會有所提高。

（3）在編制軟件的過程中，因為球體靶點編號識別要求大量常量實現對比運算，所以具有較大的數據庫，對軟件數據運算速度會有所影響。基于不對機器人本體末端額定負重比影響的前提下，通過實驗需求重新設計球體，并且布置靶點，還能夠使用多面體進行代替，棱邊規則性和根據特征識別靶點編號實現求解坐標姿態變換矩陣比較簡單。在今后研究過程中，要充分考慮結合遺傳算法等搜索功能，使程序運算量得到降低。

4 結束語

本文將FAROARM成為機器人定位誤差測量過程中的工具，創建機器人定位誤差測量系統數學模型，并且提出了測量系統中收集樣本數據的方法，創建實際機器人定位誤差側拉滾系統，對機器人在樣本空間中的定位誤差進行了測量，表示正交試驗法測量工業機器人定位誤差效果良好，能夠為后續機器人定位誤差補償方法的深入研究打下基礎。

參考文獻

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