New method and portable measurement device for the calibration of industrial robots

Résumé

Au fil du temps, avec des systèmes robotiques ayant un plus grand impact dans les processus industriels, la demande de robots rapides, répétables et précis a augmenté, dépassant l’offre d’options de systèmes d’étalonnage de robots. Même si les recherches sur l’étalonnage des robots se poursuivent depuis longtemps, la mise en oeuvre d’un système d’étalonnage rapide, entièrement automatisé et en même temps abordable peut être un défi, considérant les exigences complexes qu’un système pourrait apporter avec lui. Ce mémoire présente une méthode d’étalonnage automatisée pour les robots industriels, basée sur l’utilisation d’un nouvel appareil de mesure 3D, sans fil, à faible coût, monté sur l’effecteur du robot, et d’un artefact 3D de bille portable, fixé par rapport à la base du robot. Le nouveau dispositif, appelé TriCal, est essentiellement un appareil contenant trois indicateurs numériques avec une précision absolue de 1,8 μm, dont les axes sont orthogonaux et s’intersectent en un point, considéré comme le point central de l’outil du robot (TCP). L’artefact contient quatre billes de référence, dont le diamètre est 1 pouce, avec des positions relatives précisément connues. La conception de l’artefact est décidée par des considérations pratiques et des tests de simulation appliqués via un logiciel de simulation et de programmation de robots hors ligne. La procédure de mesure contient une technique de contrainte physique telle que le TriCal sondant les billes de référence fixées sur l’artefact. La méthode et la procédure présentées sont entièrement automatisées et consistent en un déplacement par le robot de son effecteur terminal de manière à aligner parfaitement son TCP avec le centre de chacune des quatre billes de référence, avec des multiples orientations d’effecteur terminal. La méthode d’étalonnage et le matériel ont été testés sur un robot industriel à six axes (KUKA KR6 R700 sixx). La méthode Denavit-Hartenberg modifiée est utilisée à des fins de modélisation et le modèle d’étalonnage comprend tous les paramètres cinématiques. L’ensemble de paramètre sont identifiés à l’aide de la méthode des moindres carrés. Les configurations communes pour l’étalonnage sont décidées par un calcul d’indice d’observabilité à partir d’un bassin de configuration initialement généré. L’efficacité du nouveau système d’étalonnage a été validée en mesurant la précision du robot après l’étalonnage dans 500 poses presque aléatoires à l’aide d’un laser tracker. La même validation a été effectuée après l’étalonnage du robot en utilisant uniquement les mesures du laser tracker. Les résultats montrent que les deux méthodes de mesure conduisent à des améliorations de précision similaires, le TriCal produisant des erreurs de position maximales de 0,624 mm et des erreurs de position moyennes de 0,326 mm.

Date	18 nov. 2020
langue originale	Anglais américain
Établissement diplômant	École de technologie supérieure
Superviseur	Ilian Bonev (Directeur(-trice))