Accurate kinematic parameters of mobile robots are essential because inaccurate kinematic model produces considerable uncertainties on its odometry and control. Especially, kinematic parameters of caster type mobile robots are important due to their complex kinematic model. Despite the importance of accurate kinematic parameters for caster type mobile robots, few research dealt with the calibration of the kinematic model. Previous study proposed a calibration method that can only calibrate double-wheeled caster type mobile robot and requires direct-measuring of robot center point and distance between casters. This paper proposes a calibration method based on geometric approach that can calibrate single-wheeled caster type mobile robot with two or more casters, does not require direct-measuring, and can successfully acquire all kinematic parameters required for control and odometry. Simulation and hardware experiments conducted in this paper validates the proposed calibration method and shows its performance.
This paper presents a new robot calibration algorithm with joint stiffness parameters for the enhanced positioning accuracy of industrial robot manipulators. This work is towards on-going development of an industrial robot calibration software which is able to identify both the kinematic and non-kinematic robot parameters. In this paper, the conventional kinematic calibration and its important considerations are briefly described first. Then, a new robot calibration algorithm which simultaneously identifies both the kinematic and joint stiffness parameters is presented and explained through a computer simulation with a 2 DOF manipulator. Finally, the developed algorithm is implemented to Hyundai HX165 robot and its resulting improvement of the positioning accuracy is addressed.
실시간 동적(Real Time Kinematic) GPS는 실시간으로 높은 정밀도의 위치결정을 가능케 해준다. 만약 미지정수를 구하기 위하여 정수해를 사용한다면 수 mm의 정확도를 얻을 수 있고, 실 수해를 얻는다면 수십 cm 의 정확도를 얻을수 있다. 본 연구에서는 통일 측점에 대해 기존의 재래식 측량기법(Total Station), 정적(Static) 상대측위 GPS기법과 현장 Calibration에 의한 실시간 동적(Real Time Kinematic) GPS기법에 의해 측량을 수행하여 각 기법별 측정의 정확도 등을 비교 분석하여 현장 Calibration에 의한 실시간 동적 (Real Time Kinematic) GPS기법의 정확도를 분석고자 한다. 국소지역에서 기존의 실시간 동적(Real Time Kinematic) GPS방식을 보완한 현장 Calibration에 의한 실시간 동적(Real Time Kinematic) GPS 측량을 수행한 결과, 미지정수해의 고정해를 얻지 못하는 경우를 제외하고는 모두 6cm 이하의 오차가 나타났고, Control Point의 측점수를 3개와 4개로 변화시켜 실시간 동적(Real Time Kinematic) GPS 측량을 수행한 결과 두 측정치의 차이는 최대 3cm로 나타났다. 최종적으로 국소지역에서도 현장 Calibration에 의한 실시간 동적(Real Time Kinematic) GPS기법이 사용가능함을 알 수 있었다.
To calibrate a non-redundantly actuated parallel mechanism, one can find actual kinematic parameters by means of geometrical constraint of the mechanism's kinematic structure and measurement values. However, the calibration algorithm for a non-redundant case does not apply fur a redundantly actuated parallel mechanism, because the angle error of the actuating joint varies with position and the geometrical constraint fails to be consistent. Such change of joint angle error comes from constraint torque variation with each kinematic pose (meaning position and orientation). To calibrate a redundant parallel mechanism, one therefore has to consider constraint torque equilibrium and the relationship of constraint torque to torsional deflection, in addition to geometric constraint. In this paper, we develop the calibration algorithm fir a redundantly actuated parallel mechanism using these three relationships, and formulate cost functions for an optimization algorithm. As a case study, we executed the calibration of a 2-DOF parallel mechanism using the developed algorithm. Coordinate values of tool plate were measured using a laser ball bar and the actual kinematic parameters were identified with a new cost function of the optimization algorithm. Experimental results showed that the accuracy of the tool plate improved by 82% after kinematic calibration in a redundant actuation case.
International Journal of Control, Automation, and Systems
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제3권3호
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pp.453-460
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2005
In this paper, a prototype Cartesian Parallel Manipulator (CPM) is demonstrated, in which a moving platform is connected to a fixed frame by three PRRR limbs. Due to the orthogonal arrangement of the three prismatic joints, it behaves like a conventional X-Y-Z Cartesian robot. However, because all the linear actuators are mounted at the fixed frame, the manipulator may be suitable for applications requiring high speed and accuracy. Using a geometric method and the practical assumption that three revolute joint axes in each limb are parallel to one another, a simple forward kinematics for an actual model is derived, which is expressed in terms of a set of linear equations. Based on the error model, two calibration methods using full position and length measurements are developed. It is shown that for a full position measurement, the solution for the calibration can be obtained analytically. However, since a ball-bar is less expensive and sufficiently accurate for calibration, the kinematic calibration experiment on the prototype machine is performed by using a ball-bar. The effectiveness of the kinematic calibration method with a ball-bar is verified through the wellknown circular test.
This paper presents a new autonomous kinematic calibration technique by using a laser-vision sensor called "Perceptron TriCam Contour". Because the sensor measures by capturing the image of a projected laser line on the surface of the object, we set up a long, straight line of a very fine string inside the robot workspace, and then allow the sensor mounted on a robot to measure the point intersection of the line of string and the projected laser line. The point data collected by changing robot configuration and sensor measuring are constrained to on a single straght line such that the closed-loop calibration method can be applied. The obtained calibration method is simple and accurate and also suitable for on-site calibration in an industrial environment. The method is implemented using Hyundai VORG-35 for its effectiveness.
This research develops a low-cost and high accuracy kinematic calibration method based on the following principles: 1) the platform locations are accurately measured by a constrained movement to inspect a calibration target; 2) the constrained movement is chosen to guarantee the parameter observability; 3) the mechanical fixture to constrain the movement and the sensor to check the constrained movement are implemented by low-cost and high-accuracy devices; 4) the calibration is easily done at an industrial environment. The kinematic parameters calibrated with respect to a single plane aren't influenced due to the misalignment of the plane. A parameter observability is successfully obtained even through one planar constraint, which guarantees that all kinematic parameters are estimated by minimizing the cost function.
This paper introduces a constraint operator for the kinematic calibration of a parallel mechanism. By adopting the concept of a constraint operator, the movement between two poses is constrained. When the constrained movements are satisfied, the active joint displacements are taken and inputted into the kinematic model to compute the theoretical movements. A cost function is derived by the errors between the theoretical movement and the actual movement. The parameters that minimize the cost function are estimated and substituted into the kinematic model for a kinematic calibration. A single constraint plane is employed as a mechanical fixture to constrain the movement, and three digital indicators are used as the sensing devices to determine whether the constrained movement is satisfied. This calibration system represents an effective, low cost and feasible technique for a parallel mechanism. A calibration algorithm is developed with a constraint operator and implemented on a parallel manipulator constructed for a machining center tool.
In this paper, the simplified kinematic error model for Delta parallel robot is presented, which can enable the analytical forward kinematics essentially for kinematic calibration calculations instead of the numerical one. The simplified kinematic error model is proposed and the forward kinematics including the error parameters is analytically derived. The kinematic calibration algorithm of the Delta parallel robot with 90 degree arrangement using laser tracker and the experiment result are presented.
We persent a method for kinematic calibration of open chain mechanisms based on the product of exponentials (POE) formula. The POE formula represents the forward kinematics of an open chain as a product of matrix exponentials, and is based on a modern geometric interpretation of classical screw theory. Unlike the kinematic parameters in the POE formula vary smoothly with changes in the joint axes;ad hoc methods designed to address the inherent singularities in the D-H parameters are therefore are therefore unnecessary. After introducing the POE formula, we derive a least-squares kinematic calibration algorithm for general open chain mechanisms. Simulation results with a 6-axis open chain are presented.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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