工业机器人的运动轨迹

1、专题综述课程名称工业自动化专题题目名称 工业机器人的运动轨迹学生学院自动化专业班级学 号学生姓名指导教师2021年6月27日工业机器人的运动轨迹综述【摘要】：随着知识经济时代的到来，高技术已成为世界各国争夺的焦点，机器人技术作为高技术的一个重要分支普遍受到了各国政府的重视。自此，多种不同的研究方向都在工业机器人实时高精度的途径跟踪来实现预期目的。而工业机器人的运动轨迹又是重中之重，在得到反响信息之后，如何作出应答，并且实时检查轨迹与所计算出的轨迹是否吻合，为此也要进展追踪与动作修正。【关键词】：工业机器人，视觉，途径跟踪，轨迹规划，高精度1 .机器人视觉，运动前的准备实际的工业现场环境复杂，多

2、种因素都有可能导致系统在运行过程中产生一定的偏向、 测量精度降低，引起误差的原因主要有温度漂移和关节松动变形等，使测量模型的参数值改变从而导致定位误差增大，因此需要定期对工业机器人视觉测量系统进展准确的校准，从而实现准确定位和视觉测量。更少不得必要的优化。基于单目视觉的工业机器人运动轨迹准确度检测建立的工业机器人单目视觉系统，整个系统主要由单目视觉单元，监控单元和机器人执行单元三大单元组成。单目视觉单元为一台固定在机器人上方的CCD摄像机，负责摄取工作环境中的目的并存入图像采集卡缓冲区；监控单元负责监控各工作站的当前状态，并完成对存储图像进展相关处理的工作，到达识别定位目的的目的； 执行单元负

3、责驱动机械手施行抓取操作。基于双目视觉的工业机器人运动轨迹准确度检测以立体视觉理论为根底，研究了基于空间直线的二维投影面方程。根据投影面的空间解析几何约束关系，建立基于直线特征匹配的双目视觉误差测量的数学模型。在该模型根底上采用将两台摄像机固定于工业机器人末端的方案.对关节型工业机器人运动轨迹的准确度进展了检测。结果说明，该检测方法简单实用，根本上可以满足工业机器人CP性能检测的要求。一种面向工业机器人智能抓取的视觉引导技术研究为实现工业机器人自主识别并抓取指定的目的，提出了一种基于计算机视觉引导的解决方法。该方法利用指定目的的 3D数据模型，以及由两台或者多台 CCD摄像机从工作场景中 不同

4、角度获；取到的数字图像，经过目的姿态估算、投影计算并生成投影图像，再利用投影图像与目的真实图像进展比较，实现了目的的识别与位姿获取。实验结果说明该方法可以较复杂的环境下识别指定目的，并获得目；标的姿态信息，从而为工业机器人抓取目的提供引导。视觉温度测量系统在线校准改进汽车车身总成、分总成的加工过程中应用工业机器人视觉测量系统对关键尺寸进展在线 实时监测。机械臂及环境温度变化导敛杆件和关节热膨胀变形，造成测量结果产生温度漂 移.本文提出了一种在线校准方法.首先根据机器人的 D.H正向运动学模型和微分运动学模型建沈末端关节坐标系的定位误差模型，然后结合轴动实验并利用多元线性pJ归方法确定受温度变化

5、影响最为显著的机器人连杆参数，最后建口基于基准球的温度误差补偿模型.现场测量数据说明，该方法能将温度变化引起的测量误差控制在0.05mm左右，并且适应消费线的正常节拍。2 .途径跟踪与轨迹规划手部途径跟踪和关节轨迹规划是机器人应用领域中一个非常重要的课题在以往的研究中往往是通过在设定的途径上增加节点数和途径分段数来进步机器人手部跟踪设定途径的 精但这种方法会导致在线计算量大幅度增加。一种新的实时高精度途径跟踪与关节轨迹规划方法通常，为了减少工业机器人控制系统的在线计算负担，运动控制是在关节坐标空间中进展的。为此，首先必须在笛卡儿空间中设定的途径上选取足够多的点称为节点，再将它们一一转换成对应的

6、关节坐标， 然后在关节空间中将这些坐标用某种方式进展拟合形成光滑的关 节轨迹。在实际控制过程中，只需让各关节沿其对应的轨迹运动，所有关节运动的综合效果就表现为机器人手部近似地沿笛卡儿空间中设定的途径运动。显然，所取的节点数越多，途径跟踪的精度也就越高。但这会导致关节轨迹分段数和关节轨迹方程数量大大增加，在线计算时控制系统的运算量大幅度增加。同时，手部途径跟踪精度在首尾两段途径中的各节点之间有所降低。新方法对这一缺陷将对其首、尾2段途径上的关节轨迹方程进展改进在这2段途径上除引入1个正弦函数和1余弦函数外再引入 1新的函数，函数由1正弦函数和1个1次多项 式的乘积构成，并且这 2段上原来的4次多

7、项式将降低为 3次多项式。这样，在首、尾 2 段途径上关节轨迹方程将由 1个3次多项式与1个正弦函数1个余弦函数以及新引入的函数 相加组成。来防止运算量增大的问题，同时进步精度。机器人柔性坐标测量系统现场校准技术机器人柔性坐标测量系统可以实现大型工件尺寸在线快速测量，是自动化消费线的关键质量监控设备。现场校准技术是柔性坐标测蠢系统的关键技术之一，校准精度直接影响系统测量精度。现场准确建立机器人末端工具坐标系与视觉传感器坐标系形成的手眼关系、机器人运动学模型参数以及机器人基坐标系是现场校准的主要内容。通过设计中间靶标，利用激光跟踪仪直接测量的方法建立手眼关系，其转换精度不受机器人运动学误差影响；

8、设立校准球体，实现基于间隔不变模型的连杆参数现场快速校准； 根据机器人正向运动学模型和激光跟踪仪的测量，利用基于奇异值分解的配准方法求解转换矩阵，高精度地建立机器人基坐标系。经过激光跟踪仪一次校准后， 测量系统可利用基准球体实现机器人快速在线校准，减小模型参数变化对测量系统精度的影响。柔性在线坐标测量系统由相对独立的2部分组成，多自由度的工业机器人和安装在机器人末端关节的立体视觉传感器，测量过程为：当机器人接收到开始测量信号后，就按预先规划的测量途径带动视觉传感器运动，依次使被测点进入到传感器的测量区域内，由视觉传感器和测量主机完成测量，测量完毕后机器人回到初始状态并发送测量完毕信号。工业机器

9、人位姿误差建模机器人标定一般分 4个步骤进展：建模、测量、辨识与补偿。一般建模时就是把影响机器人精度的因素包含在机器人的运动学模型中，测量出机器人末端操作器的实际位姿，再与理论位姿相比较，得到机器人的位姿误差，通过辨识的方法，获得影响机器人精度的因素的大小，再用软件的形式进展补偿，从而进步机器人的精度.在标定过程中，误差建模与位姿的测量是严密相关的.用于机器人标定的测量仪器通常有激光动态跟踪仪、经纬仪、三坐标测量机、CCD交互测量仪、随动测量机构等。上述建模就工作量比较大且繁琐。而，20世纪90年代，以Zhuang等人为代表，开展了基于机器人手眼系统的机器人标定，并提出了摄像机与机器人同时标定

10、的数学模型MCPC的运动学模型。该模型虽然抑制了平行关节的问题，但由于现行的机器人，主要是基于D-H模型进展运动控制的，因此还存在着参数之间转换的问题大都假设机器人的基坐标系相对于测量系统坐标系是可准确测量的，没有考虑机器人基坐标与测量系统的坐标之间的转换误差，而在实际的测量中，机器人的基坐标是很难准确测量的。基于D-H运动学模型，采用视觉测量机器人的三维姿态，考虑测量系统坐标与机器人基坐标之间的转换误差。工业机器人轨迹精度测量与加工规划的研究机器人轨迹规划就是根据作业任务的要求计算预期作业过程中机器人的位移、速度、加速度。这里的轨迹主要是指每个自由度关节的位置、速度、加速度的时间序列。基于三

11、次五次插值的轨迹计算所谓三次五次复合插值：就是先取途径上四个连续的点A、曰、C、D进展三次拟合获得中间两点日、C的速度、加速度，然后舍弃第一点，再顺次取曰、C、D、E四个连续点进展三次拟合获得前两点 B、C的速度、加速度。将两次求的B、C点的速度、加速度取平均值作为B、C点的最终速度和加速度，加上 B、C两点的位移条件，共有 6个条件，插值一条五次曲线。这样，既保证了控制点的位移又保证了控制点导数连续，即在平滑性的根底上获得准确的数据点。星型途径规划算法星型算法的主要思想是对机器人所在的空间进展分割，使其到达一种理想的分割状态。该方法中提出了一种构造 一星型节后，其定义为在 C空间中，取其一子

12、空间，假设在子空 间中存在一点 O,使O点可以看到子空间中的任意一点P,那么这个子空间为星型空间。星型空间有一条很好的性质，即星型空间的任意亮点p,q可以通过点0,实现连通。这样就将运动规划问题的主体部分简化为空间分割问题了。假设将C空间简化到欧氏空间，将进步分割效率及结果的优良性。3 .结论目前工业机器人仅能在严格定义的构造化环境中执行预定指令动作，对环境的感知与应变才能有待进步，这极大地限制了机器人的应用。仅仅只有视觉功能的工业机器人并不能满足一些环境特别恶劣的地方。比方说深海，高热的地方，都能影响到摄像机的图像采集功能从而是机器人变成“瞎子而无法完成既定的任务。虽说如今已有很多的算法改进

13、或者其它的。但工业机器人还是比较笨重，计算量还是比较大。而且轨迹跟踪还是存在比较大的误差。【参考文献】：1 .王修岩.程婷婷.WANG Ting-ting基于单目视觉的工业机器人智能抓取研究期刊论文-机械设计与制造2021(5)2 .崔彦平.林玉池.黄银国 双目视觉飞行目的落地参数测量期刊论文卜光电工程2007(8)3 .李召鑫.李海峰.郑臻荣.刘旭立体视觉测量系统的空间分辨力和构造参数设置期刊论文-光电工程 2021(1)4 . Peter Findlay Intelligent System for Automated Components Recognition and Handling

14、 20025 .岁波;都东；陈强;孙振国 韩翔宇 基于双目视觉的工业机器人运动轨迹准确度检测期刊论文卜机械工程学报2003(05)6 .王一;刘常杰；任永杰通用机器人视觉检测系统的全局校准技术期刊论文卜光学精细工程 2021(12)7 .任永杰；郑继贵；杨学友机器人柔性视觉检测系统现场标定技术期刊论文卜机器人2021(01)8 . Tondu B;BAZAZ S A The three -cubic method: an optimal online robot joint trajectory generator under9 . velocity, acceleration, and wa

15、ndering constraints夕卜文期干U 1999(09)10 . .Galicki M The planning of robotic optimal motions in the presence of obstacles夕卜文期干U 1998(03)11 . Tondu B;BAZAZ A The Three-cubic Method: An Optimal Online Robot Joint Trajectory Generator UnderVelocity, Acceleration and Wandering Constraints外文期刊1999(09)12 . T

16、AN Guan-zheng;LIANG Feng;WANG Yue-chao Real-time Accurate Hand Path Tracking andJoint Trajectory Planning for Industrial Robots (I)期刊论文-Journal of Central South University of Technology(English Edition) 2002(03)13 . Mezouar Y;CHAUMETTEF Optimal Camera Trajectory with Image-based Control外文期刊 2003(10)

17、14 .左富勇.胡小平.谢珂.朱秋玲 基于MATLAB Robotics工具箱的SCARAB器人轨迹规划与仿 真期刊论文卜湖南科技大学学报自然科学版2021(2)15 .凌家良.施荣华.王国才 工业机器人关节空间的插值轨迹规划期刊论文卜惠州学院学报2021(3)16 .朱世强.刘松国.王宣银.王会方 机械手时间最优脉动连续轨迹规划算法期刊论文卜机械工程学报2021(3)17 .刘松国.朱世强.吴文祥 具有运动时间约束的机械手最优平滑轨迹规划期刊论文卜电机与控制学报2021(6)18.管迪.陈乐生.李明林 机械手多约束条件下时间最优运动规划期刊论文卜振开工程学报2004(z2)19 .钱东海.马

18、文罗.汪建伟.王伟东.QIAN Dong-hai.MA Wen- We-dong多约束条件下的机器 人时间最优轨迹规划期刊论文卜制造业自动化2021,33(11)20 .王一；刘常杰；任永杰 通用机器人视觉检测系统得全局校准技术期刊论文卜光学精细工程 2021(12)21 .任永杰；郑继贵；杨学友机器人柔性视觉检测系统现场标定技术期刊论文卜机器人2021(l)22 .任永杰.郑继贵.杨学友.叶声华.REN Yong- Xue-you.YE Shenghua白车身柔性测量机器人 本体补偿方法期刊论文-光电工程2021,36(2)23 .黄晨华.张铁.谢存禧工业机器人位姿误差建模与仿真期刊论文卜华南理工大学学报自然科学版2021,37(8)24 .谭冠政.徐雄.肖宏峰.TAN Guan- Hong-feng工业机器人实时高精度途径跟踪与轨迹规划 期刊论文卜中南大学学报 伯然科学版)2005,36(1)25 .王一，刘常杰，任永杰，等.通用机器人视觉检测系统的全