Pokročilá robustní metoda kalibrace robotů aplikovaná na Delta Robot

Abstract

V této diplomové práci byla provedena kinematická kalibrace paralelních robotů a mechanismů za účelem zlepšení jejich přesnosti. Standardní kalibrační metody narážejí na problémy v případě, kdy jsou přítomny redundantní parametry v kinematickém modelu, kdy je redundantní samotný kinematický popis a nebo kdy je robot v kinematické singularitě. Z tohoto důvodu byla vyvinuta nová kalibrační metoda, která tyto problémy řeší automaticky bez nutnosti ad hoc definice parametrů. Byla formulována za pomoci simulačního testování na rovinném mechanismu a v prostoru na Bennettově mechanismu, na 7R mechanismu a na robotu Delta. Bylo ukázáno, že tato nová metoda dokáže fungovat i v případě zmíněných redundancí a singularit. Je tedy možné použít některou z běžných konvencí pro kinematický popis k plnému a obecnému popisu bez jakýchkoliv zjednodušujících předpokladů, které jsou často u paralelních mechanismů činěny. Následně byla nová metoda experimentálně ověřena na robotu Delta. Tento robot byl nakalibrován jak standardní metodou s existujícím zjednodušeným ad hoc modelem, tak novou metodou s obecným modelem. Bylo prokázáno, že nová metoda nejen umožňuje použití obecného modelu bez potřeby zjednodušení, ale také poskytuje výrazně lepší přesnost. Nakonec byl proveden experiment, při kterém byl robot zatížen závažími, a byly analyzovány změny geometrických parametrů po kalibraci.

In this thesis, kinematic calibration was performed on parallel robots and mechanisms to improve their accuracy. Standard calibration methods face issues when the parameters in the kinematic model are redundant, when there is redundancy in the description itself, or when the robot encounters kinematic singularities. Therefore, a new calibration method was developed to address these issues automatically without ad hoc definition of parameters. It was formulated with the help of testing through simulations on a planar mechanism and in space on the Bennett mechanism, the 7R mechanism, and the Delta robot. It has been demonstrated that this novel method can operate even with the mentioned redundancies and singularities. Therefore, it is possible to use one of the common kinematic description conventions to fully and generally describe the mechanism without any simplifying assumptions, as was often made for parallel mechanisms. Subsequently, the new method was experimentally verified on the Delta robot. It was calibrated using both the standard method with an existing simplified ad hoc model and the new method with a general model. It was shown that, in addition to allowing the use of a general model without the need for simplification, the new method provides significantly better accuracy. Finally, an experiment was conducted in which the robot was loaded with weights, and the changes in geometric parameters after calibration were analyzed.