在先进机器人研发工作中采用Radian激光测量仪对机器人进行误差补偿

点击数:433 发布时间:2019-11-20
世界上两所著名大学:中国的上海交通大学和美国的耶鲁大学合作开发高精度雕刻机和机器人。为了测量和补偿机器人的所有轴,他们采用了API公司的Radian和Active Target测量仪。确定机器人运动的每条轨迹线角度对于该团队来说是一个异常头痛的问题。但API为他们提供了测量数据,让他们可以在数秒之间计算出这些角度。
在先进机器人研发工作中采用Radian激光测量仪对机器人进行误差补偿

来自上海交通大学和耶鲁大学的研发科学家团队针对一个独特的项目展开了合作。他们共同开发高精度的雕刻机和机器人,包括必需的硬件和软件。为了完成这个任务,研发团队制造了一台160 kg(363磅)的机器人。但在机器人设计完成后,他们遇到了一个更加头痛的问题:如何补偿机器人的运动?

在先进机器人研发工作中采用Radian激光测量仪对机器人进行误差补偿

165公斤级的雕刻机器人设计用于精密雕刻工作,因此对校准的要求异常精确。该团队不仅需要校准所有轴的运动轨迹并进行补偿,而且还需要获得每个轴端点的坐标数据,从而利用此数据进一步开发机器人控制系统

研发团队知道校准这类大型机器人非常困难,精度标准要求非常高,而且对于雕刻机器人来说,要求更高。他们研究了各种选项,最终发现API公司采用其动态激光跟踪仪提供的服务能够为他们提供最佳的解决方案。

轴的测量和补偿

研发团队设计的机器人具有复杂的七轴结构。工程师门需要校准每个轴的运动,并确保它们非常稳定。

来自API公司的工程师采用API Radian激光跟踪仪测量和校准了每个轴的运动轨迹,他们将跟踪目标对象安装在机器人手臂上,然后启动机器人完成运动轨迹,通过跟踪机器人的运动获取测量数据。在这个动态测量过程中,工程师能够以每秒3000个点的测量速度获取测量点的坐标值,这个测量速度足以容易地在机器人的运动范围内采集足够多的数据点。

在采集完数据之后,API工程师将数据点绘制在一个圆中,并利用Radian软件寻找圆心。随后,工程师将每组数据采集点的中心点相连,构成一系列直线,最后计算两条相邻直线的夹角。

有了这些测量值,工程师可以通过机器人控制系统中的原始程序对机器人的运动进行补偿。工程师可比较数值的差异并计算出调节值,从而对机器人的运动进行补偿。

一种简单、快速的完美解决方案

团队负责人Kong博士说,在很长时间内,确定设备运动的每条轨迹线角度是困扰他及其同事的一个重大障碍。Radian激光测量仪不仅让角度的计算非常简单,而且测量也非常迅速。

“令我们非常吃惊的是,API公司在数分钟内解决了这个问题。整个过程非常简单迅速,真是一个完美的解决方案!”Kong说。

为了确定中心轴测量值,API公司的工程师们在每个轴上确定了两个点,然后启动机器人完成整个运动轨迹。随后,他们通过软件将采集的数据点绘制在两个圆中。然后将圆心用直线相连,再使用软件计算直线的角度。

采用Active Target加快测量速度

在测量过程中,API工程师们还采用了API Active Target技术。有别于API固定式SMR技术,Active Target可直接锁定在激光跟踪仪的梁上,然后使用内部电机重新定位,从而能够始终面对激光束,不会断开与跟踪仪的连接。Active Target显著提高了研发团队的工作效率。

恶劣环境中的稳定性能

研发团队不仅对Radian激光测量仪的性能印象深刻,而且对它能够在实验室的恶劣环境下工作也异常赞叹。实验室中拥有多台不同的切屑设备和雕刻机器人,经常灰尘密布。但Radian激光测量仪的结构设计可避免灰尘渗入仪器内部接触传感器,不管外部环境如何,它都能够可靠且精确地工作。