Calibración de robotes un proceso que se utiliza para mejorar la precisión de los robots, en particular los robots industriales que son altamente repetibles pero no precisos. La calibración del robot es el proceso de identificar ciertos parámetros en la estructura cinemática de un robot industrial, como la posición relativa de los enlaces del robot. Dependiendo del tipo de errores modelados, la calibración se puede clasificar de tres formas diferentes. La calibración de nivel 1 solo modela las diferencias entre los valores de desplazamiento de la articulación reales e informados (también conocido como masterización). La calibración de nivel 2, también conocida como calibración cinemática, se refiere a toda la calibración geométrica del robot, que incluye compensaciones de ángulos y longitudes de juntas. La calibración de nivel 3, también denominada calibración no cinemática, modela errores distintos de los valores predeterminados geométricos, como la rigidez, el cumplimiento de las juntas y la fricción. A menudo, la calibración de Nivel 1 y Nivel 2 es suficiente para la mayoría de las necesidades prácticas.[1] [2]
La calibración paramétrica del robot es el proceso de determinar los valores reales de los parámetros cinemáticos y dinámicos de un robot industrial (IR). Los parámetros cinemáticos describen la posición relativa y la orientación de los enlaces y articulaciones en el robot, mientras que los parámetros dinámicos describen las masas de los brazos y articulaciones y la fricción interna. [3]
La calibración del robot no paramétrica evita la identificación de los parámetros. Utilizado con robots en serie, se basa en la compensación directa de errores mapeados en el espacio de trabajo. Utilizado con robots paralelos, la calibración no paramétrica se puede realizar mediante la transformación del espacio de configuración.
La calibración de robots puede mejorar notablemente la precisión de los robots programados fuera de línea . Un robot calibrado tiene una precisión de posicionamiento absoluta y relativa más alta en comparación con uno no calibrado; es decir, la posición real del efector final del robot se corresponde mejor con la posición calculada a partir del modelo matemático del robot. La precisión de posicionamiento absoluta es particularmente relevante en relación con la intercambiabilidad del robot y la programación fuera de línea de aplicaciones de precisión. Además de la calibración del robot, la calibración de sus herramientas y las piezas de trabajo con las que trabaja (la llamada calibración de celda ) puede minimizar las inexactitudes que se producen y mejorar la seguridad del proceso.
Criterios de precisión y fuentes de error
La norma internacional ISO 9283 [4] establece diferentes criterios de rendimiento para robots industriales y sugiere procedimientos de prueba para obtener valores de parámetros adecuados. Los criterios más importantes, y también los más utilizados, son la precisión de la pose (AP) y la repetibilidad de la pose (RP). La repetibilidad es particularmente importante cuando el robot se mueve hacia las posiciones de comando manualmente ("Teach-In"). Si el programa del robot se genera mediante una simulación 3D (programación fuera de línea ), la precisión absoluta también es vital. Ambos están generalmente influenciados negativamente por factores cinemáticos. Aquí tienen efecto especialmente las compensaciones de las articulaciones y las desviaciones en longitudes y ángulos entre los enlaces individuales del robot.
Sistemas de medida
Existen diferentes posibilidades para la medición de pose con robots industriales, por ejemplo, tocar piezas de referencia, usar sensores de distancia supersónicos, interferometría láser, teodolitos, calibradores o triangulación láser. Además, existen sistemas de cámaras que se pueden colocar en la celda del robot o en la placa de montaje IR y adquirir la pose de un objeto de referencia. Los sistemas de medición y calibración los fabrican empresas como Bluewrist, Dynalog, RoboDK, FARO Technologies, Creaform, Leica, Metris, Metronor, Wiest, Teconsult [5] y Automated Precision, Inc.
Principios matemáticos
Los errores del robot recopilados por las mediciones de pose se pueden minimizar mediante la optimización numérica . Para la calibración cinemática , se debe desarrollar un modelo cinemático completo de la estructura geométrica, cuyos parámetros luego se pueden calcular mediante optimización matemática. El comportamiento común del sistema se puede describir con la función de modelo vectorial, así como con los vectores de entrada y salida (ver figura). Las variables k, l, m, ny sus derivadas describen las dimensiones de los espacios vectoriales simples. La minimización del error residual r para la identificación del vector de parámetro óptimo p se deriva de la diferencia entre ambos vectores de salida utilizando la norma euclidiana.
Para resolver los problemas de optimización cinemática, son convenientes los métodos de descenso por mínimos cuadrados, por ejemplo, un método cuasi-Newton modificado. Este procedimiento proporciona parámetros cinemáticos corregidos para la máquina medida, que luego, por ejemplo, pueden usarse para actualizar las variables del sistema en el controlador para adaptar el modelo de robot usado a la cinemática real. [6]
Resultados
La precisión de posicionamiento de los robots industriales varía según el fabricante, la edad y el tipo de robot. Con la calibración cinemática, estos errores se pueden reducir a menos de un milímetro en la mayoría de los casos. Un ejemplo de esto se muestra en la figura de la derecha.
La precisión de los robots industriales de 6 ejes se puede mejorar en un factor de 10. [7]
La precisión de los robots paralelos después de la calibración puede ser tan baja como una décima de milímetro.
Aplicaciones de muestra
En la industria, existe una tendencia generalizada a la sustitución de máquinas herramienta y máquinas especiales por robots industriales para determinadas tareas de fabricación cuyas exigencias de precisión pueden ser satisfechas por robots calibrados. Mediante la simulación y la programación fuera de línea, es posible realizar fácilmente tareas de programación complejas, como el mecanizado de robots. Sin embargo, contrariamente al método de programación Teach, se requiere buena precisión y repetibilidad.
En la figura, se muestra un ejemplo actual: Medición en línea en la fabricación de automóviles, donde el "túnel de medición" común utilizado para la inspección al 100% con muchos sensores costosos se reemplaza en parte por robots industriales que llevan solo un sensor cada uno. De esta manera, los costos totales de una celda de medición se pueden reducir significativamente. La estación también se puede reutilizar después de un cambio de modelo mediante una simple reprogramación sin adaptaciones mecánicas.
Otros ejemplos de aplicaciones de precisión son el dobladillo guiado por robot en la fabricación de carrocerías, el montaje de teléfonos móviles, la perforación, el remachado y el fresado en la industria aeroespacial y, cada vez más, en aplicaciones médicas.
Ver también
Literatura
- Tagiyev, N .; Alizade, R .: Un análisis de desplazamiento hacia adelante y hacia atrás para un manipulador en paralelo de 6 DOF. En: Mech. Mach. Teoría, vol. 29, núm. 1, Londres 1994, págs. 115-124.
- Trevelyan, JP: Calibración de robot con un filtro de Kalman. Presentación en la Conferencia Internacional sobre Robótica Avanzada y Visión por Computador (ICARCV96), Singapur 1996.
- NN: ISO 9283 - Manipulación de robots industriales. Criterios de rendimiento y métodos de prueba relacionados. ISO, Ginebra 1998.
- Beyer, L .; Wulfsberg, J .: Calibración práctica de robots con ROSY. En: Robotica, Vol. 22, Cambridge 2004, págs. 505–512.
- Y. Zhang y F. Gao, “Una prueba de calibración de la plataforma Stewart”, Conferencia internacional de 2007 IEEE sobre redes, detección y control, IEEE, 2007, págs. 297–301.
- A. Nubiola e IA Bonev, "Calibración absoluta de un robot ABB IRB 1600 utilizando un rastreador láser", Robótica y fabricación integrada por computadora, vol. 29, núm. 1, 2013, págs. 236–245.
- Gottlieb, J .: Calibración no paramétrica de una plataforma Stewart. En: Actas del taller de 2014 sobre cuestiones fundamentales y direcciones de investigación futuras para mecanismos y manipuladores paralelos, del 7 al 8 de julio de 2014, Tianjin, China.
- Nof, Shimon Y. Manual de robótica industrial (Capítulo 5, Sección 9). Vol. 1. John Wiley & Sons, 1999.
Referencias
- ↑ Nubiola, Albert; Bonev, Ilian A. (1 de febrero de 2013). "Calibración absoluta de un robot ABB IRB 1600 mediante láser tracker". Robótica y Fabricación Integrada por Computadora . 29 (1): 236–245. doi : 10.1016 / j.rcim.2012.06.004 .
- ^ Nof, Shimon Y (1999). Manual de robótica industrial (Vol 1 ed.). Wiley e hijos. págs. 72–74.
- ^ Lightcap, C .; Banks, S. (1 de octubre de 2007). "Identificación dinámica de un robot mitsubishi pa10-6ce mediante captura de movimiento". 2007 Conferencia internacional IEEE / RSJ sobre sistemas y robots inteligentes : 3860–3865. doi : 10.1109 / IROS.2007.4399425 . ISBN 978-1-4244-0911-2.
- ^ "ISO 9283: 1998 - Manipulación de robots industriales - Criterios de rendimiento y métodos de prueba relacionados" . ISO . Consultado el 3 de enero de 2017 .
- ^ "Universidad Helmut Schmidt" .
- ^ "Calibración de cinemática paralela sin identificación de parámetros" . Scribd . Consultado el 3 de enero de 2017 .
- ^ RoboDK. "Calibración del robot - RoboDK" . www.robodk.com . Consultado el 3 de enero de 2017 .