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破譯六自由度機器人

發布時間：2017-12-11 09:33:15

基于六自由度機器人有著良好的性能和靈活性，其與多種工具結合使用，并應用于許多不同的任務。然而，每次引入一個新的工具，都需要精準的校準，然后才能發揮機器人的能力。通常校準耗時很長而且不準確，防礙和拖延了工業過程的生產和平穩運行。現在科研人員創造了一個有效的定位教學法，可以快速校準六自由度機器人使用新的工具且不依賴于制造商的測量或外部傳感器。該方法簡單、準確，實用性強。

校準
六自由度機器人在執行任務時需要保持和移動工具。為了獲得滿意的性能，機器人在工作時必須知道工具的準確位置。每次裝配不同的工具時，機器人必須再次精確地校準。

校準六自由度機器人有不同的方法。如接觸參考組件，使用距離傳感器，以及使用激光干涉測量。此外，外部傳感器，如攝影系統，可以安裝在機器人的不同位置，以獲得機器人校準參考對象的精確位置。
這些方法既費時又復雜。現在科研人員已經開發出一種更簡單的方法，取得了良好的效果。我們將解釋下面的方法。

確定工具的中心
我們使用運動學派的準確方法來確定工具中心點（TCP），并且所有的機器人定位都是在這一點的基礎上定義的。TCP是在世界坐標系中定義的，笛卡爾坐標系統可以定位世界上的任何一點。相對于機器人，坐標系統始終保持靜止。

工具坐標系
工具坐標定義工具的位置和姿態，坐標的零點位于工具的中心點（TCP）。機器人的TCP在執行笛卡爾運動時將移動到編程位置。更換工具將改變工具的坐標系統，因此它需要重新調整，新的TCP可以到達目標準確位置。在許多機器人應用中，TCP的軌跡意味著機器人工作空間中的一條復雜路徑，通常是一個具有可變姿態的線性路徑。這個工具本身需要偶爾更換，甚至需要經常更換。每次更換工具時，必須在機器人恢復之前確定和配置一組新的幾何參數。在大多數工業應用中，位置指令是最實用的機器人任務規劃方法。在使用這種方法時，必須有高精度的刀具參數（通常是來自制造商），包括刀具的角偏差（偏航、俯仰和滾轉）和笛卡爾偏移，從而產生具有可控刀具姿態的直線軌跡。
遺憾的是，操作者經常發現幾何參數識別工具會受到一定的限制，例如：（1）從制造商的工具上獲取數據的大小；（2）沒有可用的硬件幫助；（3）不知道工具是如何安裝到機器人法蘭上的。面對這些限制，每次更換工具時，操作者必須浪費大量的時間來校準工具。

簡化校準的精確評價
科研人員已經開發出了一種快速、準確的刀具幾何參數估計方法，無需外部傳感器，視覺或其他援助，而無需拆卸工具。在這個位置的教學方法，只需放在幾個不同的崗位和職位了六自由度機器人TCP，然后自動輸入工具尺寸評價算法。該算法能快速確定新工具的精確標定參數，使刀具能夠快速投入使用。

隨著刀具位置和姿態樣本的增加，該標定方法的精度將得到提高。我們的實驗表明，逆齊次變換矩陣可能不能產生預期的結果，但使用最小二乘法將產生精確的校準值。

關鍵詞：六自由度機器人

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