激光跟踪仪标定机器人运动学参数方法

叶声华 王一 任永杰 李定坤

（天津大学精密测试技术及仪器国家重点实验室 天津 300072）

摘要：工业机器人的连杆参数误差是影响其绝对定位精度的最主要因素，为改善机器人的绝对定位精度，借助了高精度且可以实现绝对坐标测量的先进测量仪器——激光跟踪仪，以及功能强大的CAM2 Measure 4.0配套软件，从机器人自身的运动约束出发，构建起实际的D_- H模型坐标系，进而对运动学参数进行了修正，获得了关节变量与末端法兰盘中心位置在某坐标系下的准确映射关系。结果表明，标定后的平均误差及方均根误差均改善了40%以上，且该方法易于实现，通用性强，能明显改善精度。

关键词：工业机器人 绝对定位精度 激光跟踪仪 D-H模型 运动约束

中图分类号：TP243.2 文献标志码：A 文章编号：0493-2137（2007）02-0202-04

Calibration of Robot Kinematic Parameters Based on Laser Tracker

YE Shenghua，WANG Yi，REN Yongjie，LI Dingkun

（State Key Laboratory of Precision Measuring Technology and Instruments，Tianjin University，Tianjin 300072）(www.xing528.com)

收稿日期：2006-03-10；修回日期：2006-09-06。

基金项目：天津市应用基础研究重点资助项目（05YFJZJC01700）。

作者简介：叶声华（1934— ），男，中国工程院院士，shhuaye@tju.edu.cn。

Abstract：Link parameter errors of the industrial robot contribute to the most influence on its accu-racy.In order to improve the accuracy of the robot，a laser tracker，which can implement highly ac-curate measurement and absolute distance measurement（ADM），as well as the corresponding CAM2 Measure 4.0 software were employed.Based on the movem ents constrain of the robot itself，the actual D-H model coordinate frames were rebuilt Accordingly，the kinematic parameters were i-dentified and precise mapping from the joint variables to the center position of the end-effector in the base frame was obtained Results show that mean error and root mean sguare enor are inproved more than 40%.The proposed calibration method is practical and generic.In addition，it can achieve bet-ter accuracy.

Keywords：industrial robot absolute accuracy laser tracker D-H model movements constrain

工业机器人的运动精度对于它在生产中的应用可靠性起着至关重要的作用，机器人各连杆的几何参数误差是造成机器人定位误差的最主要环节，它主要是由于制造和安装过程中产生的连杆实际几何参数与理论参数值之间的偏差造成的，一般被视为系统误差，除此之外，其他影响因素这包括由环境（例如温度的变化）、对运动参数的不确切认知、齿轮传动误差以及由于负重、应力和磨损等引起的机械变形误差等，这些一般被视为随机误差，机器人的重复性精度只与随机误差有关，可以保证在0.1mm以下；绝对定位精度与系统误差有关，可以达到2～3mm，甚至更大^[1]。国内外的许多学者就机器人运动学参数识别和标定问题进行了大量研究^[2-8]，通常采用的方法是先建立适当的运动学模型，然后精确测量几组位姿，接着推导参数识别算法或建立机构误差模型，最后获得实际模型参数并运用正向运动学求解真实位姿^[9]。最近，世界著名工业机器人生厂商ABB公司运用了莱卡激光跟踪仪以保证其产品的精度，使用激光跟踪仪标定机器人不再需要其他的测量工具，从而也就省去了标定测量工具的繁琐工作；同时，这一方法是对机器人的各个运动学参数进行修正结果会使机器人在整个工作空间内的位姿得到校准，而不会像用迭代求解的方法那样，只是对某些测量姿态进行优化拟合，可能会造成在非测量点处残留相对较大的误差；再者，随着机器人的机械磨损，机器人的运动学参数需要重新标定，而激光跟踪仪测量系统配置起来简单，特别适合于工业现场标定，正是鉴于以上优点，笔者采用激光跟踪仪作为测量工具去修正机器人的运动学参数。