繆理清

（上海飛機(jī)制造有限公司，上海 200436）

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工業(yè)機(jī)器人位置準(zhǔn)確度檢測(cè)及校準(zhǔn)簡(jiǎn)述

繆理清

（上海飛機(jī)制造有限公司，上海 200436）

摘 要：本文主要基于ISO規(guī)范，對(duì)產(chǎn)品生產(chǎn)線中所用的KUKA機(jī)器人位置準(zhǔn)確度檢測(cè)和校準(zhǔn)問(wèn)題，從理論分析到實(shí)際操作進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。工業(yè)機(jī)器人技術(shù)的不斷提高對(duì)單位所負(fù)責(zé)的國(guó)家重大專項(xiàng)任務(wù)產(chǎn)生了有力的推進(jìn)作用。

關(guān)鍵詞：機(jī)器人 位置準(zhǔn)確度 檢測(cè) 校準(zhǔn)

隨著產(chǎn)品的零部件用量和復(fù)雜程度的增加，作為零部件生產(chǎn)線中鋪貼工序的某型鋪貼機(jī)器人設(shè)備也逐步體現(xiàn)出重要性。本設(shè)備所處工序?qū)Ξa(chǎn)品精度和內(nèi)部質(zhì)量非常重要，需要根據(jù)設(shè)備維護(hù)要求對(duì)機(jī)器人執(zhí)行器末端的位置準(zhǔn)確度進(jìn)行定期檢測(cè)和校準(zhǔn)。本文將重點(diǎn)闡述對(duì)本設(shè)備機(jī)器人位置準(zhǔn)確度的檢測(cè)及校準(zhǔn)。

1 設(shè)備基本信息

本設(shè)備是典型的臥式機(jī)器人作業(yè)設(shè)備。6軸電動(dòng)機(jī)器人型號(hào)：KUKA Quantec KR210 R3100 Ultra；位置精度指標(biāo)：0.7mm；重復(fù)位置精度指標(biāo)：0.1mm。為了實(shí)現(xiàn)上述精度和輸出力矩，控制系統(tǒng)改為基于西門(mén)子840D sl。

2 檢測(cè)方法及原理簡(jiǎn)述

位置準(zhǔn)確度采用極坐標(biāo)測(cè)量法：在機(jī)器人的末端執(zhí)行器（或靠近腕部）安裝反射器（靶球）作為目標(biāo)，用具有跟蹤系統(tǒng)作用的激光跟蹤儀瞄準(zhǔn)反射器，從而得到距離數(shù)值和兩個(gè)軸的方向角數(shù)值，由此計(jì)算出機(jī)器人的位置，形成空間中的距離-方向角測(cè)量結(jié)構(gòu)。

位置準(zhǔn)確度的計(jì)算方法：在設(shè)定的X軸點(diǎn)位（1～21.5m，步進(jìn)0.1m），使機(jī)器人末端靶球沿著立方體的斜平面外緣（ACC’A’）進(jìn)行運(yùn)動(dòng)。通過(guò)計(jì)算，計(jì)算出該點(diǎn)位的斜平面中心點(diǎn)P的x、y、z位置，具體計(jì)算公式如下。

位置重復(fù)準(zhǔn)確度則表示對(duì)于同一個(gè)位置定位指令，從同一個(gè)方向上重復(fù)多次后實(shí)際到達(dá)位置的一致程度，計(jì)算公式：

上述兩項(xiàng)精度需要按照機(jī)器人運(yùn)動(dòng)額定速度的10%、50%、100%執(zhí)行三次，并循環(huán)n=30次。

采用此方法的優(yōu)點(diǎn)：具有高分辨率，工作空間大，無(wú)接觸測(cè)量。因此，它適用于本設(shè)備機(jī)器人目標(biāo)跟蹤的動(dòng)靜態(tài)位姿測(cè)量。

采用的標(biāo)準(zhǔn)：ISO9283中選擇第7.2.1和7.2.2條的內(nèi)容。

3 檢測(cè)結(jié)果

可以得到如表1所示的一個(gè)檢測(cè)精度表。

表1 檢測(cè)精度表

根據(jù)前述公式，可以計(jì)算出位置準(zhǔn)確度和位置重復(fù)準(zhǔn)確度分別為0.545mm和0.036mm，精度符合指標(biāo)。

4 補(bǔ)償校準(zhǔn)簡(jiǎn)述

上述測(cè)得的精度數(shù)據(jù)符合要求，如不符合要求，則需要進(jìn)行校準(zhǔn)后再次檢測(cè)，直至符合要求為止。

一般來(lái)說(shuō)，校準(zhǔn)的過(guò)程包括建模、測(cè)量、參數(shù)識(shí)別和補(bǔ)償四個(gè)環(huán)節(jié)。在此，簡(jiǎn)單化的認(rèn)為機(jī)器人的位置精度誤差是由于關(guān)節(jié)軸傾斜和關(guān)節(jié)偏移等幾何誤差造成（造成的原因主要源自于關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的相關(guān)零部件）。因此，可以利用校準(zhǔn)后的結(jié)果，直接在關(guān)節(jié)空間修正。

對(duì)于某可達(dá)位置，重新計(jì)算其關(guān)節(jié)值，來(lái)達(dá)到提高機(jī)器人位置精度的目的。

需要說(shuō)明的是，此類校準(zhǔn)（不僅包括位置準(zhǔn)確度等指標(biāo)）屬于關(guān)節(jié)級(jí)校準(zhǔn)，僅需要有關(guān)節(jié)位置傳感器（圓光柵）的線性模型?？紤]到關(guān)節(jié)位置傳感器的增益一般都設(shè)定準(zhǔn)確，屬于第一級(jí)的線性補(bǔ)償。

在實(shí)際使用過(guò)程中，可能會(huì)出現(xiàn)關(guān)節(jié)位置精度超差、方向相似等現(xiàn)象，導(dǎo)致機(jī)器人整體位置精度出現(xiàn)更大超差的情況。因此，需要在關(guān)節(jié)和連桿之間構(gòu)成的空間運(yùn)動(dòng)學(xué)關(guān)系的基礎(chǔ)上，對(duì)機(jī)器人末端執(zhí)行機(jī)構(gòu)的有效工作空間加設(shè)測(cè)量點(diǎn)，并進(jìn)行反向補(bǔ)償。

5 總結(jié)

本文對(duì)工業(yè)機(jī)器人位置準(zhǔn)確度檢測(cè)進(jìn)行了初步闡述，并對(duì)精度校準(zhǔn)的分級(jí)和可行性方法進(jìn)行了初步討論，將有效推進(jìn)機(jī)器人在新工藝生產(chǎn)線上的使用和推廣。

General Description of Positioning Accuracy for A Kind of Industrial Robot

MIAO Liqing
（Shanghai Aircraft Manufacturing Co.ltd（SAMC），Shanghai 200436）

Abstract:Widely use of automatic robot in industry is the hotspot and important method to promote industrialization 4.0.This paper is mainly focusing on the pos itioning-accuracy measurement and calibration work of KUKA robot which is used in the production line，based on the ISO s tandard，from theoretical analysis to actual operation. It can be forecasted that the improvement of robot technique will strongly promote the process of national project in our company.

Key words:robot，positioning accuracy，measurement，calibration