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如何提高工业机器人全程TCP精度什么是工业机器人TCP?为了描述一个刚体在空间的位姿，需在物体上固连一个坐标系，然后确定该坐标系位姿（原点位置和三个坐标轴姿态），即需要6个DOF来完整描述该刚体的位姿[1]。对于工业机器人，需要在末端法盘安装工具（Tool）来进行作业。为了确定该工具（Tool）的位姿，在Tool上绑定一个工具坐标系TCS (Tool Coordinate System)，TCS的原点就是TCP（Tool Center Point，工具中心点）。在机器人轨迹编程时，需要将TCS在其他坐标系的位姿记录到程序中执行。TCP类型的有：常规TCP，固定TCP，动态TCP。01常规TCP：随机器人本体一起运动工业机器人一般都事先定义了一个TCS，TCS的XY平面绑定在机器人第六轴的法兰盘平面上，原点则与法兰盘中心重合。虽然可以直接使用默认的TCP，但是在实际使用时，比如焊接，用户通常把TCP点定义到焊丝的尖端（实际上是焊枪tool的坐标系在tool0坐标系的位姿），那么程序里记录的位置便是焊丝尖端的位置，记录的姿态便是焊枪围绕焊丝尖端转动的姿态。02固定TCP将TCP定义为机器人本体以外静止的某个位置。常应用在涂胶上，胶罐喷嘴静止不动，机器人抓取工件移动。其本质是一个工件坐标。02动态TCP随着更复杂的应用，TCP可以延伸到机器人本体轴外部（外部轴），应用在TCP需要相对法兰盘做动态变化的场合。随着工业的发展进程，工业自动化技术逐渐成熟。越来越多的高精密、高复杂程度的制造工业对生产精度提出了更高的需求，这大大推动了工业生产中机器人的使用。TCP精度测试原因随着全球工业自动化生产的持续升级，作为生产自动化主要实现手段之一的工业机器人在工业生产中得到了越来越广泛的应用，不仅已广泛应用于搬运、喷漆、焊接等作业，而且也开始应用于诸如自动装配、尺寸检测等超精密作业。现在机器人厂家生产的机器人重复定位精度比较高，绝对定位精度却很低，仅为毫米级，无法达到高精度加工的要求。TCP精度测试分析依据在机器人加工、装配过程中不可避免地要产生误差，机器人作业过程中的磨损也会使运动副间产生间隙，而且实际构件都具有弹性，高速运动时在惯性力、重力和外力作用下势必会产生弹性变形和震动等问题。工业机器人是由运动学模型（如图1所示）控制的，在运动学模型中所导致的的结构参数是设计值，这与实际结构参数之间不可避免地存在误差，导致机器人无法严格按照预期位姿要求进行运动，直接测量这些结构参数往往很困难。不过，这些结构参数误差必定会通过一定的形式反映出来，最直接的体现就是末端执行器的TCP精度。测试机器人末端执行器的TCP精度能推导机器人的误差源，然后通过启帆精度分析离线软件仿真（如图2所示）分析，可以清楚的发现误差对机器人末端执行器的影响，根据离线仿真分析，合理的分配与控制各个影响因子可达到提高机器人末端执行器的运行精度的目的。
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阅读下一篇视频推荐一种工业机器人TCP位置标定算法研究--《机械设计》2017年03期
一种工业机器人TCP位置标定算法研究
【摘要】：针对工业机器人工具中心点(TCP)的位置标定,提出了一种新的基于固定参考点的标定算法,该算法利用球心与球面点所在平面的投影约束关系建立两组过参考点的直线参数方程,解算参考点坐标,再结合机器人运动学位置约束关系实现了TCP标定。在此基础上,通过试验定量分析了取样点位置分布对标定结果误差的影响。该算法避免了非线性方程组的求解和系数矩阵病态问题,适用于4点及4点以上的各种TCP位置标定方法。
【作者单位】：
【关键词】：
【基金】：
【分类号】：TP242.2【正文快照】：
随着我国自动化制造业的快速发展,人工成本不断上升,工业机器人越来越广泛地应用于工业自动化制造领域。在实际应用中,机器人通过安装在末端法兰上的工具来完成各种作业任务,而工具中心点(TCP)相对于末端位置的偏移量大多是未知的,或者不准确的,机器人工具TCP标定就是计算工具
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工业机器人技术解密之： 如何让六轴机器人全程TCP精度更上一层楼
&　　随着工业的发展进程，工业自动化技术逐渐成熟。越来越多的高精密、高复杂程度的制造工业对生产精度提出了更高的需求，这大大推动了工业生产中的使用。
　　在市场需求不断提升的情况下，启帆立足于高端机器人领域，已经发展成为国产机器人的中坚力量。启帆以自身高精度、高品质的技术特点为基础，把机器人技术与启帆在其他领域的技术优势互相结合，研发出具有自主技术的控制系统、视觉定位和视觉导航技术、RV、谐波减速机以及行星及类摆线减速机，不断推出紧凑、节能、高精确度控制的机器人产品和高良品率、高易用性的解决方案，不断创新，以自身的产品方案和售后服务，用心满足用户对生产效率的追求。
　　机器人在加工、装配过程中不可避免地会产生误差，机器人作业过程中的磨损也会使运动副间产生间隙，而且实际构件都具有弹性，高速运动时在惯性力、重力和外力作用下势必会产生弹性变形和震动等。工业机器人是基于运动学模型（如图1所示）控制的，在运动学模型中所导致的的结构参数是设计值，这与实际结构参数之间不可避免地存在误差，导致机器人无法严格按照预期位姿要求进行运动，直接测量这些结构参数往往很困难。这些结构参数误差必定会通过一定的形式反映出来，最直接的体现就是末端执行器的TCP精度。测试机器人末端执行器的TCP精度，推导机器人的误差源，然后通过启帆精度分析离线软件仿真（如图2所示）分析，可以清楚的得到误差对机器人末端执行器的影响，根据离线仿真分析，合理的分配与控制各个影响因子，达到提高机器人末端执行器的运行精度的目的。
图1 运动学模型
图2 仿真分析
　　TCP精度的检测
　　根据机器人误差源的分析，如何检测得到有效的处理数据是TCP精度测试过程中一个重要的环节，工业机器人精度的测量是提高TCP精度的一个极其重要的因素，它是结构参数辨识和误差补偿的基础，只有在完美的测量基础上才能建立更为真实的运动学模型，提高机器人精度。任何一个测量过程都是包括测量对象、计量单位、测量方法和测量精度这四个要求。要准确可靠地进行测量，必须对这四个要素进行全面的分析、正确的选用。
　　因此，制定正确的检测方案（如图3所示）是关键，影响着整个TCP精度测试的分析：
图3 精度检测标定方案
图4 激光跟踪仪空间检测
　　通过激光跟踪仪的检测得到的数据，进行坐标转换，空间建模（如图4所示），数据处理得到机器人的连杆参数，减速比和形位结构等，然后根据软件程序（如图5所示）对TCP检测试验的数据分析处理。
图5 软件程序数据处理
　　TCP精度测试结果
　　从机器人自身的运动约束出发，识别和构建机器人运动学模型坐标系，通过位姿测量的方式，以机器人末端的实际位姿与其名义位姿之差值作为参数辨识程序的输入，根据建立的静态位姿误差模型计算得到了机器人运动学参数的误差，进而对机器人控制程序中的运动学参数进行了修正，获得了末端位姿与关节变量的精确变换，提高了机器人的TCP精度。为了检测TCP精度提高的效果，在空间不同位置排放标定杆，通过空间不同定点位置姿态的改变，观察末端执行器相对定点偏移量的大小，作为评定机器人末端执行器的TCP精度的依据。
　　启帆自主研发SRK机器人，专为要求快速、重复、高精度点对点或路径运动的各种而设计，具备自动消隙/自动调隙结构，噪音更低、精度更好、寿命更长。SRK机器人凭借启帆STSail Preceffic Gearbox技术为高质量应用提供了超高精度，重复定位精度为0.05mm。SRK机器人凭借新的手腕设计，使得TCP定位精度为0.5mm。
　　STSail Preceffic Gearbox 优势：
　　噪声比进口减速器更低
　　传动效率比进口减速器更高
　　精度保持性比进口减速器更高
　　重复定位与轨迹精度比选用进口减速器的版本更高
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