使用激光跟踪仪提升码垛机器人精度

1.背景

码垛机器人是一种用于工业自动化的机器人，专门设计用来将物品按照一定的顺序和结构堆叠起来，通常用于仓库、物流中心和生产线上，它们可以自动执行重复的、高强度的搬运和堆垛任务。

图1 码垛机器人

传统调整码垛机器人的方法，通常在组装后先按机械刻度粗调每个关节零位，然后机器人分别沿X/Y方向，走固定长度的距离，用尺子或其它工具测量实际距离，计算偏差，根据偏差再进行微调零位，但这种调整方式有很大的局限性，对机器人的绝对定位精度提升有限，无法满足工业发展需要。

图2 传统方式测量机器人X向运动偏差

2.解决方案

针对工业机器人行业提升绝对精度的需求，深入行业调研实测，RobotMaster软件系统专门应对工业机器人校准及性能需求，搭配GTS系列激光跟踪仪, 搭建成一套完备的工业机器人校准及检测方案。

其中GTS激光跟踪仪搭配iTracker六维姿态传感器（图3），可实现对目标位置和姿态的动态跟踪及高精度测量，可同时实现对工业机器人位置精度和姿态精度的监控和测量，完美契合工业机器人性能指标的测量需求。

图3 使用六维姿态传感器测量机器人

激光跟踪仪校准机器人的原理：通过GTS激光跟踪仪，可以精确测量机器人末端在一系列预定义关节角度下的实际位姿，RobotMaster软件将测量数据与内部通过DH模型转换得到的理论值进行计算。根据计算所得偏差，通过软件的算法调整DH模型，使得理论位置与测量位置之间的差异最小化，将修正后的参数补偿进机器人，从而提高其精度。

3.校准流程

3.1 模型创建

在RobotMaster软件中选择码垛机器人，建立机器人的理论DH模型（图4），如果没有DH模型，也可用常规模式创建杆长模型。

图4 码垛机器人DH模型

3.2 数据采集
（1）通过跟踪仪采集码垛机器人不同位置的50个点位。

图5 跟踪仪测量进行数据采集

（2）数据采集完毕后，进入模型验证步骤，软件将测量数据与理论值进行计算得到各点位偏差。根据偏差大小可以辅助判断使用的DH模型是否正确，也可以根据实际测量情况，选择去掉个别异常点进行分析校准，如图6，去掉异常点P6后，验证偏差整体下降。

图6 整体计算P6点异常大（左）和去掉P6计算结果正常（右）

3.3 模型校准
根据需要进行校准项勾选进行校准计算，得到校准后的DH模型（图7左），将补偿值修正到机器人控制器，完成对机器人参数的补偿，可以看到校准后的最大位置精度提升到到0.5mm左右（7右）。

图7 DH模型校准（左）和去掉P6计算结果正常（右）

3.4 校准验证
切换性能检测模块，该模块依据GB/T 12642即ISO 9283标准要求，帮助用户完成对工业机器人各项性能指标的测试。
创建立方体，进行S1-位姿准确度和重复性项测试，从图7可以看出，校准后的码垛机器人位置准确度最大在0.5mm左右，与校准结果相符。

图8 位置准确度与重复性

4.结论

工业机器人校准及性能检测系统，借助RobotMaster软件强大的机器人校准和检测功能，配合GTS激光跟踪仪顶尖的跟踪测量性能，强强组合，已经在工业机器人领域取得了客户充分认可和肯定，未来将用更快的响应和更好的服务支持，满足机器人行业的不同需求，与客户共同提高，确保机器人的性能时刻处于理想状态。