Kalibrierung von parallelen Robotern

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Die Einsatzmöglichkeiten eines parallelen Roboters hängen von mehreren charakteristischen Merkmalen ab, zu denen insbesondere die Genauigkeit gehört. Man unterscheidet in diesem Zusammenhang zwischen zwei Kenngrößen: die Wiederholgenauigkeit und die absolute Genauigkeit. Unter Wiederholgenauigkeit werden die auftretenden Positions- und Orientierungsabweichungen bei wiederholtem Anfahren erlernter Lagen verstanden. Die absolute Genauigkeit bezeichnet hingegen den Abstand zwischen der Soll- und Istpose. Letztere ist in der Regel um eine Größenordnung schlechter als die Wiederholgenauigkeit. Die Gründe hierfür liegen in der unzureichenden steuerungsinternen Modellierung des Roboters. Da es sich bei dieser Modellierung um ein Starrkörpermodell handelt sind die Ungenauigkeiten in den geometrischen Parametern aufgrund von Fertigungstoleranzen und Montagefehlern die wesentliche Fehlerquelle. Demnach ist ein Verfahren notwendig um das in der Steuerung hinterlegte kinematische Modell zu korrigieren und die richtigen kinematischen Parameter zu identifizieren. Auf diese Weise wird eine wesentliche Verringerung der Positions- und Orientierungsabweichung erreicht.

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Das Institut für Getriebetechnik verfügt über ein optisches Messsystem der Firma Metris mit einem Messvolumen von 17 m3, einer Messgenauigkeit von 60 μm und einer Messfrequenz von 1000 Hz, siehe Abbildung 1. Dieses Messsystem ermöglicht eine schnelle und zuverlässige Identifikation der kinematischen Parameter, siehe Abbildung 2.

Außer den Messdaten von den inkrementellen Encodern wurde die Position und die Orientierung der Arbeitsplattform gemessen. Diese redundante Information wird verwendet, um die Abweichungen zwischen den gemessenen Werten und den berechneten Werten zu bestimmen, siehe Abbildung 2. Formuliert man den nichtlinearen Zusammenhang zwischen den kinematischen Parametern und den Abweichungen, lässt sich durch eine genügend große Anzahl von Messpunkten ein überbestimmtes Gleichungssystem aufstellen. Die Lösung dieses Gleichungssystems liefert die tatsächlichen Parameter des parallelen Roboters.

 

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Institut für Getriebetechnik, Maschinendynamik und Robotik

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