基于点约束的工业机器人在线自标定方法研究

标定技术作为工业机器人提高定位精度的有效途径具有重要的研究意义和理论价值，国内开展这方面研究比较滞后，也比较少，还没有有效的标定方法。本项目针对目前国外标定方法存在设备昂贵、安装操作复杂、自动化程度低等瓶颈问题，创新性提出一种基于点约束的工业机器人在线自标定方法，深化研究该方法的基础科学问题，主要包括空间约束点位置未知条件下的机器人标定机理，基于PSD伺服工业机器人高精度定位的控制问题研究，揭示PSD定位误差、机器人的配置、PSD在机器人空间的布局和机器人标定参数结果的关系与规律，以及机器人标定参数非线性实时优化计算问题。本项目研究成果既为机器人运动学参数标定开辟新的方法和奠定理论基础，也有着重大应用价值和经济效益。

我国近年来工业机器人发展迅猛，应用数量激增，成为世界销量第一大国。随着工业机器人应用范围的扩大和复杂任务的需要，工业机器人的定位精度越来越重要。工业机器人具有高的重复精度（0.1mm或更高），然而定位精度却很低（达1cm或更差），定位精度问题已经严重制约了工业机器人的应用能力和应用范围。标定技术是提高工业机器人定位精度的最有效途径。然而目前机器人标定的手段主要是采用三坐标测量机或者激光跟踪仪，市场主要被欧美所垄断，而且存在设备昂贵、操作复杂，且限于实验室应用场合等瓶颈问题。.本项目主要研究了标定技术方案及基于虚拟现实（VR）的仿真研究、机器人运动学参数/工件标定及工具标定技术研究、基于PSD 伺服工业机器人高精度定位混合控制技术、标定结果的影响因素及规律研究以及标定系统样机开发及实验验证。本项目创新性提出了基于球面约束的工业机器人参数在线快速标定方法和基于相机空间的机器人工具标定方法，突破了工业机器人运动学参数、机器人工具参数及工件参数的快速标定、基于相机空间和PSD反馈的高精度混合伺服定位、布局对标定结果的影响规律等关键技术，开发了工业机器人标定装置样机，实验结果验证了以上研究内容及技术成果的可行性及正确性。发表了SCI收录论文5篇，EI收录论文及国内核心论文9篇；获得了2项授权国家发明专利；开展了国际学术交流与合作，培养了6名研究生。.本标定方法及装置与目前使用的方法如三坐标测量机或者激光跟踪仪比较，具有低成本、便携、高精度、快速等显著优点，取得的研究成果既为机器人标定开辟了新的方法和奠定理论基础，也有着重大应用价值和经济效益。