A method for calibrating industrial robots for shipbuilding using an upgraded pull-wire sensor

Abstract

Доля промышленных роботов в современных производствах непрерывно растет, в том числе в области судостроения. Такие многозвенные механизмы позволяют решать сложные технологические задачи, но их внедрение сдерживается из-за их ограниченной точности, уступающей точности традиционного станочного оборудования. Один из путей повышения точности промышленных роботов состоит в их калибровке, т.е. в уточнении математической модели для программной коррекции погрешностей изготовления и сборки, упругих и термических деформаций и прочих факторов, негативно влияющих на точность. Построение и параметризация модели робота требует измерения его фактического положения в различных позах. В настоящей работе исследуется возможность использования для этой цели тросовытяжного датчика, который позволяет регистрировать лишь частичную информацию о позе робота. Известны работы, где с помощью такого оборудования решались задачи кинематической калибровки. В настоящей работе исследуется возможность одновременной идентификации нежесткостей шарниров робота. Предложена конструкция измерительного модуля, позволяющего выполнять измерения расстояния до фланца во всем рабочем объеме. Описана математическая модель робота с упругими шарнирами. Средствами численного моделирования на примере манипуляционного робота KUKA KR10 R900 исследовано влияние начальных условий на качество идентификации параметров модели. Показана зависимость качества идентификации модели от числа поз робота. Проведенное исследование подтвердило возможность использования тросовытяжных датчиков для идентификации некинематических характеристик модели робота. The share of industrial robots in modern industries, including shipbuilding, is constantly growing. Such multi-link mechanisms allow solving complex technological problems, although their implementation is hampered by their limited accuracy, inferior to the accuracy of traditional machine tool equipment. One of the patterns to improve the accuracy of industrial robots is their calibration, i.e. the refinement of the mathematical model for software correction of manufacturing and assembly errors, elastic and thermal deformations, and other factors that affect accuracy. Constructing and parameterizing a robot model requires measuring its actual position in various poses. The given article investigates the possibility of using a draw-wire sensor for this purpose, which allows registering only partial data on a robot’s pose. There are relevant papers where the problems of kinematic calibration are solved with the help of such equipment. In this paper, the possibility of simultaneous identification of the non-rigidity of the robot’s hinges is studied. The design of the measuring module is proposed, enabling the measurement of the distance to the flange in the entire working volume. A mathematical model of a robot with elastic hinges is outlined. By means of numerical modeling, the impact of initial conditions on the quality of identification of model parameters is analyzed on the example of a manipulation robot KUKA KR10 R900. The dependence of the model identification quality on the number of robot poses is demonstrated. The conducted research has confirmed the possibility of using draw-wire sensors to identify non-kinematic features of a robot.