Delta機器人傳送帶標定的改進方法研究

王程民，萬 薇，何時劍

（江蘇電子信息職業學院，江蘇 淮安 223003）

1.引言

在工業生產當中，一般生產線都有分揀搬運環節，而往往由于工作任務簡單重復，人工操作容易產生疲勞從而導致效率降低，且容易出錯。Delta機器人作為一種工業并聯機器人，具有很好的靈敏性與準確度，特別適合輕、小工件的抓取，在生產線上用來取代人工操作已經成為趨勢[1,2]。由于執行器安裝在Delta機器人的底部，機器臂不需承載執行器本身的重量，因此可以用輕的復合材料制成[3]。從而Delta機器人的慣性很小，可以高速進行，可以具有很大的加速度。在工業上特別適合用作小型零部件產品的分揀與搬運。

2.Delta機器人工作原理

與Delta機器人相配套的是傳送帶。它的作用是將工件源源不斷輸送到機器人工作空間內，然后通過機器視覺對傳送帶上的工件進行識別，根據識別的結果完成分揀與搬運的工作。

圖 1 Delta 機器人自動分揀線

由于機器人本身具有的位置坐標關系、提供機器視覺的工業相機的坐標關系以及傳送帶的坐標關系[4]。這三個坐標關系需要形成一個閉環，進行位置的相互轉換[5,6]。這種相對于機器人坐標系的轉換關系的建立過程，就稱為標定。

3.標定算法及存在的不足

定義機器人的坐標系為R，傳送帶的坐標系為C，則C到R的轉換矩陣為,則知道物體在傳送帶上的姿態 ，就可以通過轉換矩陣獲得在機器人坐標系下的姿態：轉換矩陣是由平移向量和旋轉矩陣構成，當傳送帶移動一段距離，就可以得到機器人坐標系和編碼器的變化值的比例關系，這個比例關系就是傳送帶的旋轉編碼器的比例因子[7,8]。

圖 2 傳送帶標定

圖2為傳送帶標定過程：

第一步，在傳送帶任意一點，稱為P，移動Delta機器人，將機器人上的執行器末端與P點接觸，在機器人坐標系下記錄P點的坐標記為P1，編碼器的值為Vp1；

第二步，讓P點運動一段距離，再次將Delta機器人的執行器末端與P點接觸，記錄P點的在機器人坐標系下的坐標記為P2，編碼器的值為Vp2；

第三步，移動Delta機器人，在P1、P2中間某個位置沿傳送帶的軸向移動一個距離，記錄P點的在機器人坐標系下的坐標記為P3。

通過計算|P1P2|以及編碼器在這兩點的差值ΔVC，可以得到比例因子：

確定了比例因子Factorc，就可以通過編碼器的度數差值ΔV，計算出機器人移動的距離Δ了

第四步，傳送帶軸向標定，由于機器人相對傳送帶是有偏角的，所以機器人末端軌跡中并不垂直與傳送帶的方向。構建傳送帶坐標系C，則有：

由此得Oc在R坐標下的位置即

傳送帶基坐標系為

基于以上的過程，完成了從傳送帶到機器人坐標系的轉換，從理論上來說就可以對傳送帶上的物體進行位置坐標轉換進而抓取。可是在實際工作中，傳送帶在外力作用下可能存在外力作用帶來的位移誤差[9]，以及假定傳送帶與機器人坐標系僅有位置偏移而沒有發生姿態變化[10]，因此這種算法實際上是有可能產生較大的誤差的。

4.標定算法的改進

根據前面的分析，由于坐標系是閉環系統，因此這里需對標定算法進行改造，使得它成為閉環算法才能更好地提高系統的穩定性與可靠性。根據設置固定坐標的檢測點通過反推，可以得到再通過實際檢測得到檢測到的坐標記為進行簡單的減法計算就可以獲得x，y兩個方向上的偏差考慮到相機采集時的光照條件等環境影響，需要根據多次實驗結果，調整閾值當兩個偏差均低于閾值時，則表示標定成功，否則就需要重新標定傳送帶坐標系。就這樣建立一個閉環的標定反饋系統。

5.結語

通過標定建立傳送帶坐標系與機器人坐標系的轉換聯系，為了克服在系統中存在的誤差，建立測試點來檢測標定偏差，并根據實驗情況確定閾值判斷，反應標定的準確情況，完成閉環反饋，為整個Delta機器人分揀系統提高了準確性，具有實際意義。