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基于六自由度機(jī)器人有著良好的性能和靈活性，其與多種工具結(jié)合使用，并應(yīng)用于許多不同的任務(wù)。然而，每次引入一個(gè)新的工具，都需要精準(zhǔn)的校準(zhǔn)，然后才能發(fā)揮機(jī)器人的能力。通常校準(zhǔn)耗時(shí)很長(zhǎng)而且不準(zhǔn)確，防礙和拖延了工業(yè)過(guò)程的生產(chǎn)和平穩(wěn)運(yùn)行?，F(xiàn)在科研人員創(chuàng)造了一個(gè)有效的定位教學(xué)法，可以快速校準(zhǔn)六自由度機(jī)器人使用新的工具且不依賴(lài)于制造商的測(cè)量或外部傳感器。該方法簡(jiǎn)單、準(zhǔn)確，實(shí)用性強(qiáng)。
校準(zhǔn)
六自由度機(jī)器人在執(zhí)行任務(wù)時(shí)需要保持和移動(dòng)工具。為了獲得滿(mǎn)意的性能，機(jī)器人在工作時(shí)必須知道工具的準(zhǔn)確位置。每次裝配不同的工具時(shí)，機(jī)器人必須再次精確地校準(zhǔn)。
校準(zhǔn)六自由度機(jī)器人有不同的方法。如接觸參考組件，使用距離傳感器，以及使用激光干涉測(cè)量。此外，外部傳感器，如攝影系統(tǒng)，可以安裝在機(jī)器人的不同位置，以獲得機(jī)器人校準(zhǔn)參考對(duì)象的精確位置。
這些方法既費(fèi)時(shí)又復(fù)雜?，F(xiàn)在科研人員已經(jīng)開(kāi)發(fā)出一種更簡(jiǎn)單的方法，取得了良好的效果。我們將解釋下面的方法。
確定工具的中心
我們使用運(yùn)動(dòng)學(xué)派的準(zhǔn)確方法來(lái)確定工具中心點(diǎn)（TCP），并且所有的機(jī)器人定位都是在這一點(diǎn)的基礎(chǔ)上定義的。TCP是在世界坐標(biāo)系中定義的，笛卡爾坐標(biāo)系統(tǒng)可以定位世界上的任何一點(diǎn)。相對(duì)于機(jī)器人，坐標(biāo)系統(tǒng)始終保持靜止。
工具坐標(biāo)系
工具坐標(biāo)定義工具的位置和姿態(tài)，坐標(biāo)的零點(diǎn)位于工具的中心點(diǎn)（TCP）。機(jī)器人的TCP在執(zhí)行笛卡爾運(yùn)動(dòng)時(shí)將移動(dòng)到編程位置。更換工具將改 變工具的坐標(biāo)系統(tǒng)，因此它需要重新調(diào)整，新的TCP可以到達(dá)目標(biāo)準(zhǔn)確位置。在許多機(jī)器人應(yīng)用中，TCP的軌跡意味著機(jī)器人工作空間中的一條復(fù)雜路徑，通常是一個(gè)具有可變姿態(tài)的線性路徑。這個(gè)工具本身需要偶爾更換，甚至需要經(jīng)常更換。每次更換工具時(shí)，必須在機(jī)器人恢復(fù)之前確定和配置一組新的幾何參數(shù)。在大多數(shù)工業(yè)應(yīng)用中，位置指令是最實(shí)用的機(jī)器人任務(wù)規(guī)劃方法。在使用這種方法時(shí)，必須有高精度的刀具參數(shù)（通常是來(lái)自制造商），包括刀具的角偏差（偏航、俯仰和滾轉(zhuǎn)）和笛卡爾偏移，從而產(chǎn)生具有可控刀具姿態(tài)的直線軌跡。
遺憾的是，操作者經(jīng)常發(fā)現(xiàn)幾何參數(shù)識(shí)別工具會(huì)受到一定的限制，例如：（1）從制造商的工具上獲取數(shù)據(jù)的大小；（2）沒(méi)有可用的硬件幫助；（3）不知道工具是如何安裝到機(jī)器人法蘭上的。面對(duì)這些限制，每次更換工具時(shí)，操作者必須浪費(fèi)大量的時(shí)間來(lái)校準(zhǔn)工具。
簡(jiǎn)化校準(zhǔn)的精確評(píng)價(jià)
科研人員已經(jīng)開(kāi)發(fā)出了一種快速、準(zhǔn)確的刀具幾何參數(shù)估計(jì)方法，無(wú)需外部傳感器，視覺(jué)或其他援助，而無(wú)需拆卸工具。在這個(gè)位置的教學(xué)方法，只需放在幾個(gè)不同的崗位和職位了六自由度機(jī)器人TCP，然后自動(dòng)輸入工具尺寸評(píng)價(jià)算法。該算法能快速確定新工具的精確標(biāo)定參數(shù)，使刀具能夠快速投入使用。
隨著刀具位置和姿態(tài)樣本的增加，該標(biāo)定方法的精度將得到提高。我們的實(shí)驗(yàn)表明，逆齊次變換矩陣可能不能產(chǎn)生預(yù)期的結(jié)果，但使用最小二乘法將產(chǎn)生精確的校準(zhǔn)值。
校準(zhǔn)
六自由度機(jī)器人在執(zhí)行任務(wù)時(shí)需要保持和移動(dòng)工具。為了獲得滿(mǎn)意的性能，機(jī)器人在工作時(shí)必須知道工具的準(zhǔn)確位置。每次裝配不同的工具時(shí)，機(jī)器人必須再次精確地校準(zhǔn)。
校準(zhǔn)六自由度機(jī)器人有不同的方法。如接觸參考組件，使用距離傳感器，以及使用激光干涉測(cè)量。此外，外部傳感器，如攝影系統(tǒng)，可以安裝在機(jī)器人的不同位置，以獲得機(jī)器人校準(zhǔn)參考對(duì)象的精確位置。
這些方法既費(fèi)時(shí)又復(fù)雜?，F(xiàn)在科研人員已經(jīng)開(kāi)發(fā)出一種更簡(jiǎn)單的方法，取得了良好的效果。我們將解釋下面的方法。
確定工具的中心
我們使用運(yùn)動(dòng)學(xué)派的準(zhǔn)確方法來(lái)確定工具中心點(diǎn)（TCP），并且所有的機(jī)器人定位都是在這一點(diǎn)的基礎(chǔ)上定義的。TCP是在世界坐標(biāo)系中定義的，笛卡爾坐標(biāo)系統(tǒng)可以定位世界上的任何一點(diǎn)。相對(duì)于機(jī)器人，坐標(biāo)系統(tǒng)始終保持靜止。
工具坐標(biāo)系
工具坐標(biāo)定義工具的位置和姿態(tài)，坐標(biāo)的零點(diǎn)位于工具的中心點(diǎn)（TCP）。機(jī)器人的TCP在執(zhí)行笛卡爾運(yùn)動(dòng)時(shí)將移動(dòng)到編程位置。更換工具將改 變工具的坐標(biāo)系統(tǒng)，因此它需要重新調(diào)整，新的TCP可以到達(dá)目標(biāo)準(zhǔn)確位置。在許多機(jī)器人應(yīng)用中，TCP的軌跡意味著機(jī)器人工作空間中的一條復(fù)雜路徑，通常是一個(gè)具有可變姿態(tài)的線性路徑。這個(gè)工具本身需要偶爾更換，甚至需要經(jīng)常更換。每次更換工具時(shí)，必須在機(jī)器人恢復(fù)之前確定和配置一組新的幾何參數(shù)。在大多數(shù)工業(yè)應(yīng)用中，位置指令是最實(shí)用的機(jī)器人任務(wù)規(guī)劃方法。在使用這種方法時(shí)，必須有高精度的刀具參數(shù)（通常是來(lái)自制造商），包括刀具的角偏差（偏航、俯仰和滾轉(zhuǎn)）和笛卡爾偏移，從而產(chǎn)生具有可控刀具姿態(tài)的直線軌跡。
遺憾的是，操作者經(jīng)常發(fā)現(xiàn)幾何參數(shù)識(shí)別工具會(huì)受到一定的限制，例如：（1）從制造商的工具上獲取數(shù)據(jù)的大小；（2）沒(méi)有可用的硬件幫助；（3）不知道工具是如何安裝到機(jī)器人法蘭上的。面對(duì)這些限制，每次更換工具時(shí)，操作者必須浪費(fèi)大量的時(shí)間來(lái)校準(zhǔn)工具。
簡(jiǎn)化校準(zhǔn)的精確評(píng)價(jià)
科研人員已經(jīng)開(kāi)發(fā)出了一種快速、準(zhǔn)確的刀具幾何參數(shù)估計(jì)方法，無(wú)需外部傳感器，視覺(jué)或其他援助，而無(wú)需拆卸工具。在這個(gè)位置的教學(xué)方法，只需放在幾個(gè)不同的崗位和職位了六自由度機(jī)器人TCP，然后自動(dòng)輸入工具尺寸評(píng)價(jià)算法。該算法能快速確定新工具的精確標(biāo)定參數(shù)，使刀具能夠快速投入使用。
隨著刀具位置和姿態(tài)樣本的增加，該標(biāo)定方法的精度將得到提高。我們的實(shí)驗(yàn)表明，逆齊次變換矩陣可能不能產(chǎn)生預(yù)期的結(jié)果，但使用最小二乘法將產(chǎn)生精確的校準(zhǔn)值。
關(guān)鍵詞： 六自由度機(jī)器人
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