Calibración de Robots usando láser tracker

Transcripción

1 Automated Precision Inc. Empowering Metrology Solutions Calibración de Robots usando láser tracker M.I. Octavio Icasio Hernandez

2 Objetivo: Calibración de robots (manipuladores) de n grados de libertad, mediante el uso de láser tracker, con el fin de mejorar la exactitud de posición y orientación de la herramienta unida al enlace final del manipulador (efector final). Enfoque teórico.

3 Introducción: Para esta platica hablaremos de un manipulador como un sistema articulado de cadena cinemática abierta (open loop) que contienen una serie de enlaces interconectados entre si de manera serial, mediante un conjunto de uniones o articulaciones, instrumentadas con sensores de posición, los cuales permiten medir la posición relativa de los enlaces adyacentes. Un manipulador con n grados de libertad es aquel que posee n articulaciones, por n+1 enlaces. Las articulaciones pueden ser angulares o de desplazamiento.

4 Introducción: Varios son los conceptos que se deben tomar en cuenta a la hora de tratar de entender la mecánica y el control de los manipuladores, sobre todo con el único propósito de entender una calibración estática de una dinámica. Posición y orientación Cinemática directa Cinemática inversa Velocidad y fuerza estática Momentos de torsión

5 Introducción: Generación de trayectorias Diseño y sensores Control de posición lineal y no lineal Control de fuerza Programación Simulación

6 Introducción: Existen varias fuentes de error en un manipulador: Errores del sistema mecánico Deflexiones Medición y control Errores de uniones Estos errores pueden ser repetibles (sistemáticos) o aleatorios, dependiendo de su naturaleza. Los errores aleatorios no pueden ser compensados con las técnicas clásicas de calibración, no así los errores sistemáticos los cuales una vez compensados permiten mejorar la exactitud del instrumento que los describa. De aquí en adelante llamaremos calibración de un manipulador a la corrección de sus errores sistemáticos.

7 Introducción:

8 Introducción: La mayoría de los manipuladores, sobre todo los de tipo industrial, no poseen un tipo de cadena cinemática cerrada (closed loop) que les permita auto corregir los errores de posición y orientación del efector final, es por eso que se requiere de un modelo cinemático y sofware para tal fin. La definición del modelo cinemático es el primer paso en la calibración de un manipulador, para esta platica el modelo a utilizar será el de Denavit-Hatenberg (D-H). El modelo define la posición del efector final del manipulador con respecto a la base del mismo, a través de las uniones del manipulador. Por lo tanto modificar los parámetros del modelo permite mejorar la exactitud de posición y orientación del efector final. El segundo paso en la calibración deberá ser definir el instrumento patrón con el cual se deberá calibrar el manipulador, así como la técnica que deberá ser empleada. El tercer paso consiste en el análisis de los datos realizados con el instrumento, para realizar la calibración. El cuarto y ultimo paso consiste en la validación de los valores obtenidos

9 Pasos básicos para calibrar un manipulador: MODELO CINEMATICO MEDICIONES TECNICA Y ANALISIS Aplicaciones VALIDACION Conclusiones Fin

10 Modelo cinemático D-H: Procedimiento para asignar tramas o sistema de coordenadas a los vínculos o enlaces. 1) Identifique los ejes de articulación e imagine líneas infinitas sobre ellos. 2) Identifique la perpendicular común entre ellos, o el punto de intersección. En este punto asigne el origen de la Trama asociada al vinculo. 3) Asigne el eje Zi para que apunte sobre el i-esimo eje de articulación. 4) Asigne el eje Xi para que apunte sobre la perpendicular común o si los ejes se intersectan, asigne Xi para que sea la normal al plano que contiene los 2 ejes. 5) Asigne el eje Yi para completar un sistema de coordena das de mano derecha. 6) Asigne la trama {0} para que concuerde con la {1} cuando la primera variable de articulación sea 0. Para la trama {N} seleccione la ubicación del origen y la dirección de Xi libremente, tomando en cuenta que la mayor parte de los parámetros de vinculo sean 0.

11 Modelo cinemático D-H: ai = la distancia de Zi a Zi+1 medida sobre Xi ai = el ángulo de Zi a Zi+1 medido sobre Xi di= la distancia de Xi-1 a Xi medida sobre Zi y qi= el ángulo de Xi-1 a Xi medido sobre Zi.

12 Modelo cinemático D-H: Ejemplo del modelo cinemático de un Manipulador planar de 3 vínculos. i ai-1 ai-1 di qi q1 2 0 L1 0 q2 3 0 L2 0 q3

13 Modelo cinemático D-H: Derivación de transformaciones de vinculo.

14 Modelo cinemático D-H: Ejemplo del modelo cinemático del manipulador PUMA 560.

15 Láser Tracker: Uso del tracker en la Calibración de manipuladores

16 Técnica de calibración: Método del punto circular Existen varias técnicas para lograr la calibración de un manipulador, entre otras se pueden mencionar las siguientes: 1. El método Steepest Gradient, 2. El método de Monte Carlo, 3. El método Guided Evolutionary Simulated Annealing, y 4. El método del punto circular.

17 Validación de la calibración:

18 Aplicaciones:

19 Conclusiones: Hoy en día la industria aeronáutica no puede hacer uso de los manipuladores como lo hace la industria automotriz, debido a la falta de exactitud de estos, por lo tanto es necesario mejorar esta exactitud. Mejorar la exactitud de posición y orientación de un manipulador, no requiere de demasiados conocimientos sobre calibración, pero si no de un buen instrumento para realizarla. Hay bastante literatura y material para comprender el funcionamiento de un robot, sin embargo el tema de metrologia se deja de lado, no sabiendo que un manipulador bien puede ser utilizado como un instrumento de medición. En esta platica no se hablo de todos y cada uno de los errores presentes en un manipulador, pero si se dio una idea de cómo al encontrar parte de estos errores se puede mejorar a un manipulador para que desempeñe mejor su tarea. Puede ser que las personas dedicadas a la venta de robots en la industria automotriz no se necesiten mejor la exactitud de un manipulador, pues con su repetibilidad es suficiente, sin embargo, algunas de las aplicaciones aquí mencionadas dejan en claro el gran campo de aplicación que se puede abarcar.

20 Automated Precision Inc. Empowering Metrology Solutions GRACIAS POR SU ATENCION!