1.背景

碼垛機器人是一種用于工業(yè)自動(dòng)化的機器人，專(zhuān)門(mén)設計用來(lái)將物品按照一定的順序和結構堆疊起來(lái)，通常用于倉庫、物流中心和生產(chǎn)線(xiàn)上，它們可以自動(dòng)執行重復的、高強度的搬運和堆垛任務(wù)。

圖1 碼垛機器人

傳統調整碼垛機器人的方法，通常在組裝后先按機械刻度粗調每個(gè)關(guān)節零位，然后機器人分別沿X/Y方向，走固定長(cháng)度的距離，用尺子或其它工具測量實(shí)際距離，計算偏差，根據偏差再進(jìn)行微調零位，但這種調整方式有很大的局限性，對機器人的絕對定位精度提升有限，無(wú)法滿(mǎn)足工業(yè)發(fā)展需要。

圖2 傳統方式測量機器人X向運動(dòng)偏差

2.解決方案

針對工業(yè)機器人行業(yè)提升絕對精度的需求，深入行業(yè)調研實(shí)測，RobotMaster軟件系統專(zhuān)門(mén)應對工業(yè)機器人校準及性能需求，搭配GTS系列激光跟蹤儀, 搭建成一套完備的工業(yè)機器人校準及檢測方案。

其中GTS激光跟蹤儀搭配iTracker六維姿態(tài)傳感器（圖3），可實(shí)現對目標位置和姿態(tài)的動(dòng)態(tài)跟蹤及高精度測量，可同時(shí)實(shí)現對工業(yè)機器人位置精度和姿態(tài)精度的監控和測量，契合工業(yè)機器人性能指標的測量需求。

圖3 使用六維姿態(tài)傳感器測量機器人

激光跟蹤儀校準機器人的原理：通過(guò)GTS激光跟蹤儀，可以精確測量機器人末端在一系列預定義關(guān)節角度下的實(shí)際位姿，RobotMaster軟件將測量數據與內部通過(guò)DH模型轉換得到的理論值進(jìn)行計算。根據計算所得偏差，通過(guò)軟件的算法調整DH模型，使得理論位置與測量位置之間的差異最小化，將修正后的參數補償進(jìn)機器人，從而提高其精度。

3.校準流程

3.1 模型創(chuàng )建

在RobotMaster軟件中選擇碼垛機器人，建立機器人的理論DH模型（圖4），如果沒(méi)有DH模型，也可用常規模式創(chuàng )建桿長(cháng)模型。

圖4 碼垛機器人DH模型

3.2 數據采集

（1）通過(guò)跟蹤儀采集碼垛機器人不同位置的50個(gè)點(diǎn)位。

圖5 跟蹤儀測量進(jìn)行數據采集

（2）數據采集完畢后，進(jìn)入模型驗證步驟，軟件將測量數據與理論值進(jìn)行計算得到各點(diǎn)位偏差。根據偏差大小可以輔助判斷使用的DH模型是否正確，也可以根據實(shí)際測量情況，選擇去掉個(gè)別異常點(diǎn)進(jìn)行分析校準，如圖6，去掉異常點(diǎn)P6后，驗證偏差整體下降。 

圖6 整體計算P6點(diǎn)異常大（左）和去掉P6計算結果正常（右）

3.3 模型校準

根據需要進(jìn)行校準項勾選進(jìn)行校準計算，得到校準后的DH模型（圖7左），將補償值修正到機器人控制器，完成對機器人參數的補償，可以看到校準后的最大位置精度提升到到0.5mm左右（7右）。

圖7 DH模型校準（左）和去掉P6計算結果正常（右）

3.4 校準驗證

切換性能檢測模塊，該模塊依據GB/T 12642即ISO 9283標準要求，幫助用戶(hù)完成對工業(yè)機器人各項性能指標的測試。

創(chuàng )建立方體，進(jìn)行S1-位姿準確度和重復性項測試，從圖7可以看出，校準后的碼垛機器人位置準確度最大在0.5mm左右，與校準結果相符。

圖8 位置準確度與重復性

4.結論

工業(yè)機器人校準及性能檢測系統，借助RobotMaster軟件強大的機器人校準和檢測功能，配合GTS激光跟蹤儀頂尖的跟蹤測量性能，強強組合，已經(jīng)在工業(yè)機器人領(lǐng)域取得了客戶(hù)充分認可和肯定，未來(lái)將用更快的響應和更好的服務(wù)支持，滿(mǎn)足機器人行業(yè)的不同需求，與客戶(hù)共同提高，確保機器人的性能時(shí)刻處于理想狀態(tài)。