你确定自己的工业机器人真的准确吗？

你确定自己的工业机器人真的准确吗？

作者：Ilian Bonev 2015年08月21日

许多研究人员认为，机器人 校准是一个几十年前已经成功地解决的问题，但他们错了。尽管底层理论已经非常成熟，但其实际应用仍然处于起步阶段。这是系列文章的第一篇，将提供证据证明，用户仍然很难获得一个精确的工业机器人。因此，一家新西兰的公司毫不犹豫地要我的一个博士后飞过去帮忙。

过去十年，机器人仿真和离线变成软件包已经非常流行。但是，很明显，许多用户仍然忽视了这样一个事实，工业机器人具备可重复性，但并不准确，至少不是“默认”。当这些用户使用机器人开始工作时，他们突然意识到，实际结果跟仿真的完全不同。

工业机器人的（单向）位置可重复精度优于0.1毫米（有时候可达到0.01毫米）。这是由于使用了零间隙减速器和高精度编码器。但是，因为它对于机器而言太贵，组装机器人的零部件足够精确，并且因为减速机并不完全刚性，由控制器实现的机器人数学模型和实际机器人之间存在重要差异。由于这些差异，如果你给一个机器人离线编程让它到某个特定的位置，你可能会发现在实际的机器人上有多达几毫米的误差。

寻找一个更接近实际机器人的新数学模型，以实现更小位置误差的过程，就称之为机器人校准。为了确定新模型的参数，需要精密坐标测量设备，例如激光跟踪仪，它相当昂贵（超过10万美元）。所需测量设备的成本是机器人校准在实践中仍然处于起步阶段的主要原因之一。

机器人制造商（至少有ABB、发那科、库卡和安川）提供的工厂机器人校准时一个相对便宜的选择。我将在不同的文章里分析这些机器人制造商提供的校准服务的性能，因此，现在让我们把重点放在那些没有购买类似校准服务的用户们。

这发生在位于新西兰的奥克兰的一家企业，离哈比顿（Hibbiton）两个小时车程（电影指环王里面的一个著名小镇）。该公司通过机器人铣削生产码头产品，但是发现他们机器零部件的表面质量存在重要误差。它采用ABB IRB6640-130/3.2机器人，它的有效载荷为130公斤，工作范围是3.2米，可重复精度为0.05毫米，但没有购买工厂校准。最重要的是，这个机器人被放置在一条线性轨道上，这是引起误差的另一个来源。权衡所有的选择（例如将机器人运回瑞典）之后，该公司向我们寻求帮助。不仅当地的专业知识在机器人校准中不可用，甚至附近也没找到一个激光跟踪仪。因此，去年一月，我的一个博士毕业生Albert Nubiola拿着一对触发器和一个C-Track前往新西兰。

Albert Nubiola

C-Track是Creaform开发的3D光学影像测量仪。它的精度比激光跟踪仪的略差（总体精度是0.065毫米），测量范围更小，但它更加紧凑，价格不到激光跟踪仪的一半。此外，它可以测量机器人的末端执行器（不仅仅是位置）的姿态，（如果使用适当）不被振动或气流的影响。

机器人校准解决方案使用RoboDK。后者是一个用于机器人仿真和离线编程（OLP）的软件公司，它是由我们实验室分拆出去的公司最近推出的。这个仿真和离线编程平台非常灵活，可以部署在我们实验室开发的校准方法。目前，它指出来自10个不同厂商的200多个机器人。

机器人校准有4个步骤：

1、参考帧校准（6个测量）

2、工具校准（7个测量）

3、机器人校准(50-80个测量)

4、验证（可选项，可根据需要选择多个测量）

测量采集有RoboDK完全自动完成，使用C-Track或FARO激光跟踪仪可以在一个小时内完成校准。

ABB机器人的平均位置误差从3.443毫米提升到了0.765毫米，已经在315台任意机器人配置上得到验证。机器人定位精度也通过铣削一系列等间距槽和加工不同方向的工具得到验证。校准后，机器加工误差减少一半或更多。

RoboDK

一旦机器人被校准后，新数学模型的参数可以加入到RoboDK中，离线方针平台直接产生准确的机器人铣削程序。尽管RoboDK也支持过滤程序，机器人铣削程序可以自动产生，准确来说，来自一个CAM文件（如G-代码或APT文件）。RoboDK的路径求解器自动管理6轴机器人，以使他们的行为更像一个5轴铣削数控机床。这种方法也可用于焊接和喷涂应用。此外，也可以通过Python仿真和生成机器人程序。RoboDK自动处理品牌特有的语法。

当然，我们实验室不是提供机器人校准服务的唯一机构。例如，Dynalog在这一领域已经运营了25年。然而，我们的专长是开发机器人校准方法基于新型低成本高精度设备。或许，我们的创新设备和方法是基于使用Renishaw的一个伸缩式球杆仪。这种方法已经实施在AV&R航空公司的发那科机器人上。

你还觉得你的机器人是准确的吗？