Geri Dön

Robotik manipülatörlerin konfigürasyon bağımsız hata parametreleri ile kalibrasyonu

Calibration of robotic manipulators by configuration independent error parametres

  1. Tez No: 39610
  2. Yazar: SUAT DİDARİ
  3. Danışmanlar: DOÇ.DR. M. SAİT YÜCENUR
  4. Tez Türü: Doktora
  5. Konular: Makine Mühendisliği, Mechanical Engineering
  6. Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
  7. Yıl: 1994
  8. Dil: Türkçe
  9. Üniversite: İstanbul Teknik Üniversitesi
  10. Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
  11. Ana Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
  12. Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
  13. Sayfa Sayısı: 118

Özet

Manipülatörün yapımı sonunda ortaya çıkan mekanik sistem konstrüksiyon aşamasında düşünülen ideal sistemden çeşitli nedenlerle farklıdır. Çalışma uzayında uç elemanın belirli bir yönlenme (orientation) ile ulaştığı konum, sistemdeki konum sensörlerinden gelen işaretlere göre hesaplanan ve kontrolörün ekranından okunabilen konumla aynı değildir. Aralarındaki fark konum hatasıdır ve birbirin den farklı iki büyüklükle tarif edilir. Bunlardan birisi tekrarlayabilirlik (repeatability) hatası diğeri ise doğruluk(accuracy) hatasıdır. Doğruluk hatası tekrarlayabilirlik hatasını da içerir. Bir robotik manipülatörün kullanılması sırasında takip edilen yörüngenin düğüm noktaları öğretme(teaching) ile belirleniyorsa doğruluk hatasının kullanım acısından pek önemi olmamasına rağmen, görme(vision) esaslı veya CAD-CAM destekli uygulamalar doğruluk hatasının küçük tutulmasını gerektirir. Robotik kalıbrasyonun amacı, robotu oluşturan açık zincir deki ardışık uzuvların birbirine göre konumunu belirleyen parametre lerde mevcut olan hataların yani, ideal geometriden olan farklılıkların belirlenmesidir. Bu çalışmada 1. Bölümde(Giriş bölümü) öncelikle, Manipü latörlerin kalibrasyonuna yönelik olarak bugüne kadar yapılmış çalışmalar derlenmiştir. 2. Bölümde, robot kinematiğinde kullanılan nomojen koordinat dönüşümü ve jakobyen(diferansiyel) ilişki verilmiştir. 3. Bölümde ise kalibrasyon amacıyla kurulan hata modelleri, kullanılan ölçme sistemleri ve hataların gözlenebilirhği özetlenmiştir. 4. Bölümde, bu çalışmada gerçekleştirilen kalibrasyon simülas- yonlarma yer verilmiştir. Hata modelinin kurulmasında, iki eksen takımı arasındaki ilişkiyi ortaya koymak üzere 6 parametrenin varlığı föz önüne alınmış, bu 6 parametredeki hataları içerecek şekilde genel ir hata modeli kurulmuştur. Ölçme bilgisinin üretilmesi sırasında konfigürasyon bağımsız hata parametrelerinin yamsıra konfigürasyon bağımlı esneme hataları da göz önüne alınmıştır. Uç elemanın konumunun hesaplanmasında ayrıca, kodlayıcı rezolusyonundan ve ölçme sisteminden kaynaklanan hatalar da dikkate alınmıştır. Hata modelinde, yalnızca konfigürasyon bağımlı hatalar içerilmektedir. Bu hataların konfigürasyon bağımlı hataları da temsil edebilme yetenekleri çeşitli seviyede esneme hataları içerilen simülasyonlarla ortaya konmaya çalışılmıştır. Ölçme noktası sayısının ve ölçme hatasının kalibrasyona etkisi araştırılmıştır. Ayrıca, uygun ölçme konfigürasyon- larının belirlenmesi amacıyla daha önceki çalışmalarda teklif edilen bazı parametrelerin de geçerliliği ortaya konmaya çahşılrmştır. Son olarak, yapılan çalışmada elde edilen sonuçlar yorumlanarak verilmiştir. vı

Özet (Çeviri)

Robotic manipulators are open-loop mechanical structures which consist of a certain number of links connected together by actuated joints. Mechanical structure which is obtained by manufacturing is different from the ideal structure expected(Figure 1). The differences between the manufactured and ideal manipulator, cause deviations on the location of end-effector in the working space of manipulator from nominal location. In other words, real position and orientation of end- effector differ from the ones computed by the joint sensor readings. Difference between actual and ideal positions is being expressed by repeatability and accuracy of manipulator. Repeatability is the measure oi the radius of sphere which involves positions of the end-effector obtained by commanding robot to the same location and orientation over and over. Accuracy is the difference between the real and expected positions of the end-effector. It includes repeatability. ',L j I, ' ',-L-J- L ' Actual /////////}////>///)////////////// Nominal Nominal Actual (a) (b) Figure 1 Deviations at ideal geometry a) Deviation from perpendicularity at shoulder b) Deviation from parallelism at elbow Industrial robots at present show satisfactory repeatability but poor accuracy. Repeatability is adequate if the robot is being programmed on-line, where it is required to show the robot desired motion(teaching robot). However, with the advent of computer integrated manufacturing systems and vision based systems, robots must be programmed off-line, using task level languages that draw on vuinformation from a CAD-CAM data base or using the information obtained from vision system simultaneously to tell the robot its motions. This type of positioning based on commanded motions requires high degree of robot accuracy. Calibration of the robotic manipulators aims at reducing the accuracy error of manipulator as close as possible to the repeatability error. Firstly it requires to define the errors in a robotic system. Errors which contributes the inaccuracy can be classified on the basis of type and source. Some of them are constant at joint level through working space. These type of errors are called Configuration Independent Errors. Some have random nature and some vary from one configuration to another. These are defined as Configuration Dependent Errors. But it must be expressed that the effects of configuration independent errors on the accuracy of the manipulator will be configuration dependent although they are constant at joint level. If the errors in a robotic system are classified on the base of source, they can be divided into two groups. On of them is Mechanical Structure Errors and the other is Control System Errors. Modelling of errors necessitates taking them into account at joint level For this reason, classification of errors as Configuration Independent and Configuration Dependent is more important. Some researchers named the first as Geometric Errors and the latter as Non-Geometric Errors. Configuration Independent Errors; -Errors in link dimensions, caused by manufacturing and measuring errors. -Deflections on the geometry of system components in limits of manufacturing tolerances. -Errors at encoder offsets. Configuration Dependent Errors; -Joint Compliance caused by the elastic deflections on the elements located between motor shaft and joint -Link Deflections. -Gear transmission errors(Spacing errors and eccentricity). -Backlash in gear and screw mechanisms. -Accumulated spacing errors at encoder readings. -Deflections at bearings. -Dimensional changes caused by temperature deviations. -Steady-state errors at control system. -Errors caused by numerical computations. -Errors in the derivation of inverse solution. Calibration procedures vary widely in their complexity. Calibration of robotic manipulators can be divided into three levels m complexity. First level is called joint level calibration. This level of calibration's goal is to determine the true relationship between joint sensor reading and actual joint displacement. This usually involves calibration of the kinematics of the joint drive mechanism and joint sensor mechanism. At many applications, first level of calibration is viiitaken into account in the design step of manipulator. Second level of calibration is defined as the entire robot kinematic calibration. The purpose of this level of calibration is to determine the correct kinematic parameters of the manipulator. Level 2 calibration includes first level of calibration. Third level of calibration is called non-kinematic calibration. Non-kinematic errors in positioning of the end-effector of a robot are due to effects such as joint compliance, link compliance, backlash as well as control system errors. Also, if the robot is under dynamic control rather than kinematic control, then corrections for changes in the dynamic model of the robot constitutes a level 3 calibration. In general, the calibration process at any level has some basic steps. These steps are as follows. -Modelling step, selection of parameter error model. -End-effector position or position and orientation measurement. -Computation of nominal position and orientation of end-effector. -Estimation of the difference between nominal and actual positions. -Solving the equations obtained from the model using the position differences. In this study, both configuration independent and configuration dependent errors have been modelled by means of configuration independent error parameters. Generally, there are six parameters in the transformation representing the relationship between two consecutive coordinate systems. So, it can be said that there will be six error parameters in this transformation(three translational and three rotational error parameters). So, six error parameters model has been used in the study. To some extent, kinematic notation used is similar to Shape Matrix notation. Shape of the links and joint parameter have been taken into account individually. Global transformation for a link has been obtained by the multiplication of shape transformation and joint parameter transformation. These transformations have been shown at Figure 2. Here A^, Am = cos (3 cosy -cos P sin y sin (3 a sin a sin P cos y + cos asin y cos a cos y- sin a sin Ş sin y - sin a cos P b sin a sin y - cos asin P cos y sin a cos y + cos asin P sin y cos a cos P c 0 0 0 1 (D andAe i+l» A9 i+l cos8j+1 -sin0i+1 0 0 sin8i+ı cos8j+i 0 0 0 0 10 0 0 0 1 (2) IXAhi=AsAhiAei+1 Figure 2. Coordinate tranf ormations f or nominal and actual geometry AgjAşiü can be expressed as sum of A^ and a small transformation matris. Thus, AsjAjjiu Agi + dAjj (3) By the help of a similar approach AM can be defined as A^ plus a small transformation. Aw = A^ + dA-i (4) here dAi is the transformation of the error parameters at i.th joint. When the global nominal transformation from base to end-effector is written, TN = AsOA01AslA92 As5A96A s6 (5) is obtained, then global transformation for the actual transformation TH =(AsOAshOAei)(AslAshlA82) (As5Ash5Ae6)(As6Ash6) (6) is written with similar approach. Here, one can use Aq7 as an imaginery transformation for 07=0, so that formulation of transformations can be expressed in a simple way. Small transformation which shows diffe rence between the actual and nominal positions is dT = TH-TN (7) Subsituting (3)i4),(5) and (6) into (7), one can obtain difference trans formation as follows, dT = £ AnoAnl An(i-l)dAiAn(i+l) An5An6 (8) i=0dT can also be written as individual sums of each error parameter. dT = dTa + dip + dTy + dTa + dTb + dTc (9) and this individual parts can be written as follows,

Benzer Tezler

  1. Tez No

    489584

    Development of high performance grinding process using hybrid redundant manipulator

    Hibrit artık robot kolu kullanarak yüksek performanslı taşlama işlemi geliştirmesi

    MASOUD LATIFI NAVID

    Doktora

    İngilizce

    İngilizce

    2018

    Makine MühendisliğiOrta Doğu Teknik Üniversitesi

    Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    DOÇ. DR. ERHAN İLHAN KONUKSEVEN

  2. Tez No

    439629

    Hızlıca keşfeden rastgele ağaç yöntemi ile insansı robot kolu yörünge planlaması

    Trajectory planning of a humanoid robot arm by using rapidly-exploring randomized tree method

    BURAK BOYACIOĞLU

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2016

    Makine Mühendisliğiİstanbul Teknik Üniversitesi

    Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. ŞENİZ ERTUĞRUL

  3. Tez No

    387293

    Singularity analysis of Stewart platform mechanisms within a medical context

    Stewart mekanizmasının tıbbi bağlamda tekillik analizi

    ATAKAN DURMAZ

    Yüksek Lisans

    İngilizce

    İngilizce

    2015

    Makine MühendisliğiÇukurova Üniversitesi

    Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. İBRAHİM DENİZ AKÇALI

  4. Tez No

    726509

    Endüstriyel robotik manipülatörlerin kontrol yöntemlerinin karşılaştırılması

    Comparison of control methods for industrial robotic manipulators

    MUHAMMED HALİD KAPLAN

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2022

    Elektrik ve Elektronik MühendisliğiErzurum Teknik Üniversitesi

    Elektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    DOÇ. DR. KAĞAN KORAY AYTEN

  5. Tez No

    777892

    A simulation study on impedance control of two-degree-of-freedom robotic manipulators

    İki serbestlik dereceli robotik manipülatörlerin empedans kontrolü üzerine bir benzetim çalışması

    ECEN ERÇİN

    Yüksek Lisans

    İngilizce

    İngilizce

    2023

    Elektrik ve Elektronik MühendisliğiGaziantep Üniversitesi

    Elektrik ve Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    DOÇ. DR. TOLGAY KARA

Geri Dön