工業機器人有哪些誤差,需要做哪些校準?


謝邀。

現代機器人絕大多數是基於模型控制的(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/校準取決於你用了什麼樣的模型。

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。

加工誤差會導致:

  • 機器人關節間的連桿長度不準;
  • 配合面不精確造成某些設計為0的參數變成非零;

機械公差:受限於機床加工精度及加工成本,機械部件在設計時都會留有公差,這些公差可能會在裝配導致:

  • 關節理論軸線與實際軸線不符;
  • 相鄰連桿/結構之間的相對位置與設計發生偏差;

零點誤差的大小主要取決於零點標定演算法,具體可參考http://www.zhihu.com/question/35255033/answer/81767288,零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,計算的結果也就不準確了。

減速器回差主要在關節反向的時候影響絕對定位精度,而對於重複定位精度基本沒有影響,並且小型機器人中普遍採用的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計個簡單裝置實測一下,電機可能需要轉到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,受限於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於這個方面。

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

動力學方面,質量、質心、慣量張量屬於剛體運動學的範疇,有關其參數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,複雜一些可考慮stribeck,再複雜的就沒接觸過了,主要是一個漫長的tunetest過程,並且每台機器人都不一樣。
靜摩擦的話,只有電機端位置感測器的話無法判斷其方向,需要關節端感測器,要增加成本。

要求更高的場合就不能只考慮剛體動力學了,也要考慮一些關節和連桿的柔性,主要也是採用辨識的方法,區別在於模型的複雜度如何設置。這方面接觸不多,有熟悉的朋友歡迎補充。

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

歡迎關注專欄:
OnionBots - 知乎專欄


樓上大致把誤差說的已經非常全了,我說一下校準吧,目前校準主要是標定,有內部標定、外部標定,標定出誤差模型後進行補償,主要補償方法大致兩種,一是把標定後的模型代替理想模型,二是把實際位姿和理想位姿做差,然後補償誤差值。不過還有一種我現在記不清了明天給你看看


一般來說,最重要的指標是位姿和軌跡的準確度和重複性,當然根據國標要求還有許多的測試項目可以作為參考,位姿的準確度是反應的是指令與實際點位之間的誤差,若誤差較大,可以重新標定以確定零點和減速比。如果是軌跡準確度過大,建議調節pid參數。


推薦閱讀:

工業機器人普及之後會對社會產生什麼影響?

TAG:機器人 | 工業機器人 | 機械手臂 |