余雷

摘 要 為解決工業(yè)機器人定位時的測量誤差問題，本文將探究機器人定位誤差補償方法。如果將定向相機安置在傳感器上，通過傳感器測量場景設(shè)定全局的控制點，并借助定向相機來測量控制點位置，就可以實時掌握傳感器當(dāng)前位置和全局坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換關(guān)聯(lián)，由此補償機器人在定位時產(chǎn)生的誤差。

關(guān)鍵詞 測量 工業(yè)機器人 定位誤差 誤差補償

中圖分類號：TP202文獻標(biāo)識碼：A

工業(yè)視覺測量技術(shù)經(jīng)常被應(yīng)用在汽車制造領(lǐng)域的幾何精密測量方面，伴隨著現(xiàn)代汽車制造對于品種和生產(chǎn)量的需求增加，機器人與視覺測量的結(jié)合滿足了汽車制造工業(yè)的需求，對于汽車的制造和裝配品控等環(huán)節(jié)有著至關(guān)重要的意義。在柔性視覺精密測量的工作過程中，需要把視覺傳感器安裝到工業(yè)機器人的末端，通過機器人可編程控制的功能來進行自動化測量。但這其中存在的問題是，隨著機器人運行產(chǎn)生的溫度變化使其結(jié)構(gòu)參數(shù)也產(chǎn)生變動，末端工具的安裝位置與預(yù)定位置存在一定的偏差，這被稱為機器人定位誤差。機器人定位誤差對于柔性視覺測量系統(tǒng)的精度影響較大，由此可見，減小機器人定位誤差可以顯著提升柔性視覺測量精度。機器人定位誤差補償研究的主要基礎(chǔ)是機器人的運動學(xué)模型。從正向運動學(xué)的角度，研究可以更加準(zhǔn)確地展示機器人的實際運動過程，，從逆向運動學(xué)的角度，在測量空間預(yù)先設(shè)置校準(zhǔn)基準(zhǔn)，再通過機器人帶動視覺傳感器測量校準(zhǔn)基準(zhǔn)，利用逆運動學(xué)解出機器人的幾何結(jié)構(gòu)參數(shù)，與正向運動學(xué)模型結(jié)合，實現(xiàn)機器人定位誤差補償。

1雙相機補償

基于視覺技術(shù)進行機器人定位誤差補償，就是在視覺傳感器上設(shè)置光學(xué)控制點，通過視覺傳感器后側(cè)空間內(nèi)設(shè)置的兩臺大視場相機來進行實時定位，如果能夠預(yù)先定下精準(zhǔn)的光學(xué)控制點在傳感器坐標(biāo)系中對應(yīng)的三維坐標(biāo)，就能夠?qū)崟r獲得傳感器的位置，并與機器人示教編程中的參數(shù)進行對比，得出誤差，及時補償機器人自身溫度變化引起的定位誤差。雙相機補償法可以達成的精度較高，但是在實際的應(yīng)用場景中，不同的測量位置上需要設(shè)置足夠的光學(xué)控制點才能保證在兩個相機的視場中都能出現(xiàn)，如果測量位置被遮擋，就不能完成誤差補償。特別是在汽車制造的在線檢測中，空間較為擁擠，無法保障良好的通視條件，所以雙相機補償法的應(yīng)用會受到一定阻礙。

2單相機補償

單相機補償法的操作是，在傳感器的測量場景中預(yù)先設(shè)置控制點，并在傳感器上設(shè)置一臺附加相機，也就是定向相機，使用其他的精密測量設(shè)備對控制點在全局坐標(biāo)系中相應(yīng)的三維坐標(biāo)進行測量。傳感器在對某一位置進行測量時，定向相機能夠?qū)鼍爸械目刂泣c成像，并利用N點透視定位算法實時估算定向相機在全局坐標(biāo)系中的位置，如果可以提前標(biāo)出傳感器坐標(biāo)系和定向相機坐標(biāo)系之間的轉(zhuǎn)換關(guān)聯(lián)，就能實時解出傳感器在全局坐標(biāo)系中的位置。

3改善單相機補償?shù)姆椒?/p>

在單相機補償模型中存在著角度參數(shù)和位移參數(shù)兩種位置變量，在求解過程中兩種參數(shù)共同作用，會直接影響優(yōu)化的效果。角度偏差導(dǎo)致的位移偏差會隨著成像距離而產(chǎn)生大小變化，但通常定向相機的成像距離都比較大，一般處于？03mm量級，由此角度偏差導(dǎo)致的位移偏差也隨之增大，最終導(dǎo)致定位精度受到影響。

在機器人的運行過程中，自身由于機械傳動產(chǎn)生溫度變化，導(dǎo)致機械結(jié)構(gòu)發(fā)生熱脹冷縮。溫度的變化會造成連桿長度變化和角度碼盤變形，但由于碼盤結(jié)構(gòu)是圓形的，受熱產(chǎn)生變形較為均勻，而且角度符合封閉原則，所以角度參數(shù) i和 i的變化比較小，可以忽略不計。而距離參數(shù)ai和di變化更為明顯，這是產(chǎn)生定位誤差的顯著因素。根據(jù)圖中公式可知，參數(shù)ai和di決定了兩個坐標(biāo)系之間的位移關(guān)系，和角度關(guān)系沒有關(guān)聯(lián)。因此，由溫度變化產(chǎn)生的機器人定位誤差，主要是位移誤差，而不是角度誤差。根據(jù)機器人定位誤差的特點，可以改善單相機的補償方法，把模型中的全局坐標(biāo)系和定向相機坐標(biāo)系之間的角度關(guān)系設(shè)為已知參數(shù)，在經(jīng)由機器人模型確定的數(shù)據(jù)進行優(yōu)化計算。

4結(jié)語

機器人定位誤差是影響汽車制造中柔性視覺測量方法精度的直接因素，所以對機器人定位 誤差進行補償能夠有效提高機器人定位精準(zhǔn)度。雙相機補償法在實際應(yīng)用中會受到控制點通 視性難以控制的阻礙，而單相機補償法可以有效解決這一問題，只是實際應(yīng)用中精度還不夠高。而單相機補償方法精度較低主要是因為在轉(zhuǎn)換關(guān)系中，角度參數(shù)和位移參數(shù)全被設(shè)置為優(yōu)化目標(biāo)，而角度參數(shù)又是導(dǎo)致位移參數(shù)發(fā)生變化的直接因素。如果能夠結(jié)合機器人定位誤差的特征，并將角度參數(shù)設(shè)為已知參數(shù)，只將位移參數(shù)作為優(yōu)化目標(biāo)，就可以有效提升單相機補償法的精度。

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