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API機器人解決方案RMS-下篇連載（3）
閱讀：886 發布時間：2019-3-7
DH參數校準模塊
(Denavit-HartenbergModeling&Calibration)
(上接)
c). DH模型補償的基本原理
在軟件中模擬機器人控制器中的DH模型后，接下來選取一系列位姿進行校準測量，如果想要獲得機器人全范圍內精度優化，那么這些校準位姿的各關節角需要盡量在行程范圍內均勻分布，各關節角之間盡量多任意組合；如果只關心機器人在特定工作區域內的精度優化，可以將校準位姿選取在常用工作區域內。在這一系列校準位姿下，機器人的理論末端位置可以由理論模型根據關節角正解求出，再用激光跟蹤儀或其它測量儀器測量機器人末端實到位姿，理論和實測兩組數據之間對照得到的偏差作為優化的目標函數(通常是選取所有位姿下的空間距離誤差的均方和為目標函數)，聯立方程組，對DH參數模型中的全部或部分變量進行優化求解。測量數據可以是一維數據(如Dynalog系統采用的一維線軸測長的硬件)，三維數據(激光跟蹤儀球靶或者活動靶標)，也可以是六維數據(包含位置和姿態角的六自由度傳感器)。測量數據的維數越多，方程的個數意味著輸入條件越多，越有利于解算出有效的信息。例如，在同一位姿下，采用API智能靶標STS得到六維測量數據，可以比較好的區分來源于J1-J3的位置誤差和來源于J4-J5的姿態誤差。同時，為了保證校準姿態的多樣性，使用主動靶標或智能靶標的測量系統會大大優于使用標準球靶的測量系統，后者姿態會受限于靶球的入射角(雖然理論上在校準過程中可以轉動球靶，但是在追求效率的流水線校準操作中這樣做是不現實的)。 
機器人通過轉動關節角來到達位置，所以旋轉角度的準確度為重要。導致旋轉誤差的因素又可以細化為減速比(傳動比)誤差、傳動系統反向間隙、重力變形等。
減速機是工業機器人的一個重要機械部件，他的作用是將伺服馬達的高速運動，轉換為關節的低速運動，并放大驅動扭矩，類似汽車變速箱，一般說的減速比是指伺服電機碼值和關節實際轉角之間的比值，由于減速機機械制造和裝配中存在誤差，每臺減速機的減速比值都會與設計值有一定出入(主要是齒輪加工和裝配誤差導致嚙合節圓半徑的變化)，這將導致機器人關節角的執行精度變差，根據經驗，通常關節角執行相對誤差可在0.01%~0.1%。雖然看起來很小，但是如果發生在連桿長度較大的J1-J3關節，足以導致毫米級的位置偏差，在第四到第六關節上，則主要影響末端姿態角的準確度。目前市面上的其它機器人補償軟件大多將減速比和其它DH參數一并用同一組測量數據進行混合求解，在減速比誤差本身較小時，這樣做問題不大，但如果減速比本身偏離較大，實際求解效果會很差。其一是因為，某一關節上減速比和θ零位參數相當于一個線性補償方程的斜率和截距，要想獲得理想的補償效果，對單個關節來說，用于計算求解的數據必須在其整個行程內均勻分布，在有限數量的校準位姿中往往無法做到這一點；其二是算法無法區分來源于減速比和其它連桿參數的誤差，表現為，即使本組數據求解效果看似很好，但如果更換一組位姿去驗證，結果仍不理想。API RMS系統推薦采用專門的校準測量來標定減速比誤差，在減速比標定完成后用戶可以選擇立即更新控制器內部參數，也可以選擇將減速比補償離線應用到DH參數校準的測量數據上。
未完待續，敬請期待！！！
減速機是工業機器人的一個重要機械部件，他的作用是將伺服馬達的高速運動，轉換為關節的低速運動，并放大驅動扭矩，類似汽車變速箱，一般說的減速比是指伺服電機碼值和關節實際轉角之間的比值，由于減速機機械制造和裝配中存在誤差，每臺減速機的減速比值都會與設計值有一定出入(主要是齒輪加工和裝配誤差導致嚙合節圓半徑的變化)，這將導致機器人關節角的執行精度變差，根據經驗，通常關節角執行相對誤差可在0.01%~0.1%。雖然看起來很小，但是如果發生在連桿長度較大的J1-J3關節，足以導致毫米級的位置偏差，在第四到第六關節上，則主要影響末端姿態角的準確度。目前市面上的其它機器人補償軟件大多將減速比和其它DH參數一并用同一組測量數據進行混合求解，在減速比誤差本身較小時，這樣做問題不大，但如果減速比本身偏離較大，實際求解效果會很差。其一是因為，某一關節上減速比和θ零位參數相當于一個線性補償方程的斜率和截距，要想獲得理想的補償效果，對單個關節來說，用于計算求解的數據必須在其整個行程內均勻分布，在有限數量的校準位姿中往往無法做到這一點；其二是算法無法區分來源于減速比和其它連桿參數的誤差，表現為，即使本組數據求解效果看似很好，但如果更換一組位姿去驗證，結果仍不理想。API RMS系統推薦采用專門的校準測量來標定減速比誤差，在減速比標定完成后用戶可以選擇立即更新控制器內部參數，也可以選擇將減速比補償離線應用到DH參數校準的測量數據上。
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