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工業(yè)機器人有哪些誤差,需要做哪些校準?

現(xiàn)代機器人絕大多數(shù)是基于模型控制的(Model-based Control),有模型的地方就會有誤差,因此具體有多少誤差需要補償/校準取決于你用了什么樣的模型。

粗略的,可以把機器人用到的模型分為兩個大類即運動學模型和動力學模型,因此誤差也可按此劃分:


分項簡單說一下。

加工誤差會導(dǎo)致:

  •  機器人關(guān)節(jié)間的連桿長度不準;

  •  配合面不精確造成某些設(shè)計為0的參數(shù)變成非零;

 機械公差:受限于機床加工精度及加工成本,機械部件在設(shè)計時都會留有公差,這些公差可能會在裝配導(dǎo)致:

  •   關(guān)節(jié)理論軸線與實際軸線不符;

  •   相鄰連桿/結(jié)構(gòu)之間的相對位置與設(shè)計發(fā)生偏差;

  • 零點誤差:大小主要取決于零點標定算法,零點不準會造成控制器用來運算的理論模型與實際機器人位置不符,計算的結(jié)果也就不準確了?!?機器人零點標定方法】

  • 減速器回差:主要在關(guān)節(jié)反向的時候影響絕對定位精度,而對于重復(fù)定位精度基本沒有影響,并且小型機器人中普遍采用的Harmonic Drive號稱zero backlash,要求不高的話可以暫不考慮。

 減速比誤差:指的是減速器的實際減速比與廠商標稱的有微小差異,感興趣的同學可以設(shè)計個簡單裝置實測一下,電機可能需要轉(zhuǎn)到1000000圈這個量級。

 標定誤差:指的是機器人在使用過程中涉及到的相機標定(手眼標定),工具標定,工件標定等等,受限于簡陋的標定裝置及精簡的標定過程,實際上最大的誤差往往來自于這個方面。

以上的運動學誤差辨識有非常多的相關(guān)研究,主要工作在工程實現(xiàn)以及平衡成本、精度和易用性之間的關(guān)系,不再贅述。

 動力學方面,質(zhì)量、質(zhì)心、慣量張量屬于剛體運動學的范疇,有關(guān)其參數(shù)辨識的方面研究也很充分。 

摩擦力是個棘手的問題,主要用到的是靜摩擦,庫倫摩擦和粘滯摩擦,簡單點搞就放一個線性或二階模型,復(fù)雜一些可考慮stribeck,再復(fù)雜的就沒接觸過了,主要是一個漫長的tune&test過程,并且每臺機器人都不一樣。

靜摩擦的話,只有電機端位置傳感器的話無法判斷其方向,需要關(guān)節(jié)端傳感器,要增加成本。

 要求更高的場合就不能只考慮剛體動力學了,也要考慮一些關(guān)節(jié)和連桿的柔性,主要也是采用辨識的方法,區(qū)別在于模型的復(fù)雜度如何設(shè)置。

 動力學參數(shù)的誤差會極大影響Feedforward、Gravity Compensation和Compliance Control的效果,如果做動力學相關(guān)工作,則需要考慮辨識及補償以上誤差。


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