工業(yè)機器人位置準確度檢測及校準簡述

繆理清

（上海飛機制造有限公司，上海 200436）

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工業(yè)機器人位置準確度檢測及校準簡述

繆理清

（上海飛機制造有限公司，上海 200436）

摘 要：本文主要基于ISO規(guī)范，對產(chǎn)品生產(chǎn)線中所用的KUKA機器人位置準確度檢測和校準問題，從理論分析到實際操作進行詳細說明。工業(yè)機器人技術(shù)的不斷提高對單位所負責(zé)的國家重大專項任務(wù)產(chǎn)生了有力的推進作用。

關(guān)鍵詞：機器人 位置準確度 檢測 校準

隨著產(chǎn)品的零部件用量和復(fù)雜程度的增加，作為零部件生產(chǎn)線中鋪貼工序的某型鋪貼機器人設(shè)備也逐步體現(xiàn)出重要性。本設(shè)備所處工序?qū)Ξa(chǎn)品精度和內(nèi)部質(zhì)量非常重要，需要根據(jù)設(shè)備維護要求對機器人執(zhí)行器末端的位置準確度進行定期檢測和校準。本文將重點闡述對本設(shè)備機器人位置準確度的檢測及校準。

1 設(shè)備基本信息

本設(shè)備是典型的臥式機器人作業(yè)設(shè)備。6軸電動機器人型號：KUKA Quantec KR210 R3100 Ultra；位置精度指標：0.7mm；重復(fù)位置精度指標：0.1mm。為了實現(xiàn)上述精度和輸出力矩，控制系統(tǒng)改為基于西門子840D sl。

2 檢測方法及原理簡述

位置準確度采用極坐標測量法：在機器人的末端執(zhí)行器（或靠近腕部）安裝反射器（靶球）作為目標，用具有跟蹤系統(tǒng)作用的激光跟蹤儀瞄準反射器，從而得到距離數(shù)值和兩個軸的方向角數(shù)值，由此計算出機器人的位置，形成空間中的距離-方向角測量結(jié)構(gòu)。

位置準確度的計算方法：在設(shè)定的X軸點位（1～21.5m，步進0.1m），使機器人末端靶球沿著立方體的斜平面外緣（ACC’A’）進行運動。通過計算，計算出該點位的斜平面中心點P的x、y、z位置，具體計算公式如下。

位置重復(fù)準確度則表示對于同一個位置定位指令，從同一個方向上重復(fù)多次后實際到達位置的一致程度，計算公式：

上述兩項精度需要按照機器人運動額定速度的10%、50%、100%執(zhí)行三次，并循環(huán)n=30次。

采用此方法的優(yōu)點：具有高分辨率，工作空間大，無接觸測量。因此，它適用于本設(shè)備機器人目標跟蹤的動靜態(tài)位姿測量。

采用的標準：ISO9283中選擇第7.2.1和7.2.2條的內(nèi)容。

3 檢測結(jié)果

可以得到如表1所示的一個檢測精度表。

表1 檢測精度表

根據(jù)前述公式，可以計算出位置準確度和位置重復(fù)準確度分別為0.545mm和0.036mm，精度符合指標。

4 補償校準簡述

上述測得的精度數(shù)據(jù)符合要求，如不符合要求，則需要進行校準后再次檢測，直至符合要求為止。

一般來說，校準的過程包括建模、測量、參數(shù)識別和補償四個環(huán)節(jié)。在此，簡單化的認為機器人的位置精度誤差是由于關(guān)節(jié)軸傾斜和關(guān)節(jié)偏移等幾何誤差造成（造成的原因主要源自于關(guān)節(jié)驅(qū)動系統(tǒng)的相關(guān)零部件）。因此，可以利用校準后的結(jié)果，直接在關(guān)節(jié)空間修正。

對于某可達位置，重新計算其關(guān)節(jié)值，來達到提高機器人位置精度的目的。

需要說明的是，此類校準（不僅包括位置準確度等指標）屬于關(guān)節(jié)級校準，僅需要有關(guān)節(jié)位置傳感器（圓光柵）的線性模型。考慮到關(guān)節(jié)位置傳感器的增益一般都設(shè)定準確，屬于第一級的線性補償。

在實際使用過程中，可能會出現(xiàn)關(guān)節(jié)位置精度超差、方向相似等現(xiàn)象，導(dǎo)致機器人整體位置精度出現(xiàn)更大超差的情況。因此，需要在關(guān)節(jié)和連桿之間構(gòu)成的空間運動學(xué)關(guān)系的基礎(chǔ)上，對機器人末端執(zhí)行機構(gòu)的有效工作空間加設(shè)測量點，并進行反向補償。

5 總結(jié)

本文對工業(yè)機器人位置準確度檢測進行了初步闡述，并對精度校準的分級和可行性方法進行了初步討論，將有效推進機器人在新工藝生產(chǎn)線上的使用和推廣。

General Description of Positioning Accuracy for A Kind of Industrial Robot

MIAO Liqing
（Shanghai Aircraft Manufacturing Co.ltd（SAMC），Shanghai 200436）

Abstract:Widely use of automatic robot in industry is the hotspot and important method to promote industrialization 4.0.This paper is mainly focusing on the pos itioning-accuracy measurement and calibration work of KUKA robot which is used in the production line，based on the ISO s tandard，from theoretical analysis to actual operation. It can be forecasted that the improvement of robot technique will strongly promote the process of national project in our company.

Key words:robot，positioning accuracy，measurement，calibration