使用激光跟蹤儀提升碼垛機器人精度

1.背景

碼垛機器人是一種用于工業自動化的機器人，專門設計用來將物品按照一定的順序和結構堆疊起來，通常用于倉庫、物流中心和生產線上，它們可以自動執行重復的、高強度的搬運和堆垛任務。

圖1 碼垛機器人

傳統調整碼垛機器人的方法，通常在組裝后先按機械刻度粗調每個關節零位，然后機器人分別沿X/Y方向，走固定長度的距離，用尺子或其它工具測量實際距離，計算偏差，根據偏差再進行微調零位，但這種調整方式有很大的局限性，對機器人的絕對定位精度提升有限，無法滿足工業發展需要。

圖2 傳統方式測量機器人X向運動偏差

2.解決方案

針對工業機器人行業提升絕對精度的需求，深入行業調研實測，RobotMaster軟件系統專門應對工業機器人校準及性能需求，搭配GTS系列激光跟蹤儀, 搭建成一套完備的工業機器人校準及檢測方案。

其中GTS激光跟蹤儀搭配iTracker六維姿態傳感器（圖3），可實現對目標位置和姿態的動態跟蹤及高精度測量，可同時實現對工業機器人位置精度和姿態精度的監控和測量，契合工業機器人性能指標的測量需求。

圖3 使用六維姿態傳感器測量機器人

激光跟蹤儀校準機器人的原理：通過GTS激光跟蹤儀，可以精確測量機器人末端在一系列預定義關節角度下的實際位姿，RobotMaster軟件將測量數據與內部通過DH模型轉換得到的理論值進行計算。根據計算所得偏差，通過軟件的算法調整DH模型，使得理論位置與測量位置之間的差異最小化，將修正后的參數補償進機器人，從而提高其精度。

3.校準流程

3.1 模型創建

在RobotMaster軟件中選擇碼垛機器人，建立機器人的理論DH模型（圖4），如果沒有DH模型，也可用常規模式創建桿長模型。

圖4 碼垛機器人DH模型

3.2 數據采集

（1）通過跟蹤儀采集碼垛機器人不同位置的50個點位。

圖5 跟蹤儀測量進行數據采集

（2）數據采集完畢后，進入模型驗證步驟，軟件將測量數據與理論值進行計算得到各點位偏差。根據偏差大小可以輔助判斷使用的DH模型是否正確，也可以根據實際測量情況，選擇去掉個別異常點進行分析校準，如圖6，去掉異常點P6后，驗證偏差整體下降。 

圖6 整體計算P6點異常大（左）和去掉P6計算結果正常（右）

3.3 模型校準

根據需要進行校準項勾選進行校準計算，得到校準后的DH模型（圖7左），將補償值修正到機器人控制器，完成對機器人參數的補償，可以看到校準后的最大位置精度提升到到0.5mm左右（7右）。

圖7 DH模型校準（左）和去掉P6計算結果正常（右）

3.4 校準驗證

切換性能檢測模塊，該模塊依據GB/T 12642即ISO 9283標準要求，幫助用戶完成對工業機器人各項性能指標的測試。

創建立方體，進行S1-位姿準確度和重復性項測試，從圖7可以看出，校準后的碼垛機器人位置準確度最大在0.5mm左右，與校準結果相符。

圖8 位置準確度與重復性

4.結論

工業機器人校準及性能檢測系統，借助RobotMaster軟件強大的機器人校準和檢測功能，配合GTS激光跟蹤儀頂尖的跟蹤測量性能，強強組合，已經在工業機器人領域取得了客戶充分認可和肯定，未來將用更快的響應和更好的服務支持，滿足機器人行業的不同需求，與客戶共同提高，確保機器人的性能時刻處于理想狀態。