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我們知道，工業(yè)機器人的位置重復(fù)性很好，一般國產(chǎn)機器人都可以達到0.02mm左右；而位置準(zhǔn)確度則差得多，未經(jīng)標(biāo)定通常只有10-20mm。而通過標(biāo)定，機器人的位置準(zhǔn)確度得到大大提高，可達1mm左右。

利用激光跟蹤儀標(biāo)定工業(yè)機器人DH模型可分四個步驟：建立DH模型、測量、參數(shù)識別、補償參數(shù)。

1.建立DH模型：

什么是DH模型？DH模型是目前最流行的機器人運動學(xué)模型。DH模型可分為標(biāo)準(zhǔn)DH模型（sDH模型）和改良DH模型（mDH模型）。

機器人運動學(xué)模型用于建立機器人關(guān)節(jié)空間和工作空間（笛卡爾空間）的映射關(guān)系。例如，對于常見的串聯(lián)六軸機器人，給出關(guān)節(jié)J1、J2、J3、J4、J5和J6的角度值，怎樣得到第6軸末端的位姿？6個關(guān)節(jié)的角度值和第6軸末端的位態(tài)是怎樣的對應(yīng)關(guān)系？DH模型正可用于建立6個關(guān)節(jié)的角度值和第6軸末端位姿的映射關(guān)系。

在機器人的每個連桿（軸）上固連直角坐標(biāo)系，然后用4x4的齊次變換矩陣來描述相鄰連桿的空間關(guān)系，通過依次變換可最終推導(dǎo)出末端工具相對于基坐標(biāo)系的位姿。直角坐標(biāo)系由兩兩相交且相互垂直的軸構(gòu)成：X軸、Y軸和Z軸。因此，一個三維直角坐標(biāo)系有六個變換自由度：沿X、Y和Z軸的平移；繞X、Y和Z軸的旋轉(zhuǎn)自由度。通過這六個自由度，三維直角坐標(biāo)系可以完成任意線性變換，移動到任意位置。

而用DH模型描述機器人相鄰連桿坐標(biāo)系的變換只需要4個參數(shù)，這是因為機器人的關(guān)節(jié)通常是繞著一根固定軸線旋轉(zhuǎn)的鉸連接，通過選擇合理的坐標(biāo)系定義，可用4個參數(shù)建立機器人相鄰兩連桿坐標(biāo)系的變換關(guān)系，這4個參數(shù)是：沿著X軸的平移距離Dx（A）,繞X軸的旋轉(zhuǎn)角度Rx（Alpha），沿Z軸的平移距離Dz（D）,繞Z軸的旋轉(zhuǎn)角度Rz（Theta）。

下面簡單介紹建立mDH模型的過程。

建立連桿坐標(biāo)系的步驟：

1.找出各關(guān)節(jié)軸，并標(biāo)出這些軸線的延長線。在下面的步驟2至步驟5中，僅考慮兩個相鄰的軸線（關(guān)節(jié)軸i和i+1）。

2.找出關(guān)節(jié)軸i和i+1之間的公垂線或關(guān)節(jié)軸i和i+1的交點，以關(guān)節(jié)軸i和i+1的交點或公垂線與關(guān)節(jié)軸i的交點作為連桿坐標(biāo)系{i}的原點。

3.規(guī)定Zi軸沿著關(guān)節(jié)軸i的指向（右手法則）。

4.規(guī)定Xi軸沿公垂線的指向，如果關(guān)節(jié)軸i和i+1相交，則規(guī)定Xi軸垂直于關(guān)節(jié)軸i和i+1所在的平面。

5.按照右手定則確定Yi軸。

如果按照上述規(guī)定將連桿坐標(biāo)系固連于連桿上，連桿參數(shù)可以定義如下：Alphai-1=沿Xi-1軸，從Zi-1旋轉(zhuǎn)到Zi的距離。Ai-1=沿Xi-1軸，從Zi-1移動到Zi的距離。Di=沿Zi軸，從Xi-1移動到Xi的距離。Thetai=繞Zi軸，從Xi-1旋轉(zhuǎn)到Xi的角度。

一個串聯(lián)六軸機器人mDH的例子：

2.測量

在徠卡激光跟蹤儀軟件Robodyn中建立機器人DH模型后，Robodyn會生成一個標(biāo)定空間，在這個空間內(nèi)生成目標(biāo)點（標(biāo)定空間的位姿、大小和目標(biāo)點數(shù)量可以修改），末端裝有輔助測量裝置的機器人移動到目標(biāo)點，激光跟蹤儀進行測量，Robodyn會動態(tài)模擬機器人的移動和跟蹤儀的測量。

Robodyn中生成標(biāo)定空間和標(biāo)定目標(biāo)點的實例

3.DH模型參數(shù)識別

測量完成后，理論和實測兩組數(shù)據(jù)之間對照得到的偏差作為優(yōu)化的目標(biāo)函數(shù)，選擇需要優(yōu)化的DH參數(shù)和減速比，依次進行基坐標(biāo)系、工具坐標(biāo)系、減速比和DH參數(shù)的計算，得到修正的DH參數(shù)和減速比。

Robodyn進行參數(shù)識別計算的實例

4.參數(shù)補償

得到修正的DH參數(shù)和減速比后，更新控制器內(nèi)部參數(shù)即可進行參數(shù)補償。標(biāo)定后，Robodyn會模擬計算出標(biāo)定后的目標(biāo)點的位姿準(zhǔn)確度。

如果需要比較標(biāo)定前后的位姿準(zhǔn)確度的變化，①可以立即更新機器人控制器內(nèi)參數(shù)，進行位姿態(tài)準(zhǔn)確度測試；②也可以讓Robodyn模擬機器人進行了DH參數(shù)和減速比修正，生成修正后的位姿態(tài)準(zhǔn)確度測試目標(biāo)點，再進行位姿態(tài)準(zhǔn)確度測試。將①或②的位姿態(tài)準(zhǔn)確度測試結(jié)果與標(biāo)定前的位姿態(tài)準(zhǔn)確度測試結(jié)果進行比較，可以對比得到標(biāo)定的效果。同時，為規(guī)范行業(yè)發(fā)展，還需要有專業(yè)的第三方檢測機構(gòu)對機器人的性能指標(biāo)、機械電氣安全進行檢測，協(xié)助企業(yè)制定檢驗方法以及完善相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)體系建設(shè)。

沃德檢測是首家民營機器人檢測認(rèn)證機構(gòu)，集檢測、檢驗、認(rèn)證、驗貨、技術(shù)培訓(xùn)、實驗室建設(shè)和資質(zhì)申請為一體的綜合性第三方公共服務(wù)平臺。目前開展的與機器人相關(guān)的業(yè)務(wù)有：機器人性能評估、安規(guī)、EMC、功能安全與風(fēng)險評估、零部件測試等等。

沃德檢測擁有專業(yè)的技術(shù)團隊，主要認(rèn)證項目有：機器人CR，中國CCC、SRRC、歐盟CE、ROHS、REACH、美國UL、ETL、韓國KC、體系ISO9001、ISO14001以及機器人性能測試（GB12642&ISO9283）等等，歡迎來電咨詢。