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文|墨卿烟
编辑|墨卿烟
前言
机器人在加工、生产和装配领域表现出极高的工作和执行能力，并且对恶劣的工作环境具有很强的适应性，尽管机器人技术取得了长足的进步。
但面对日益复杂的任务，单个机器人的负载能力和工作空间有限，一些复杂的大规模负载任务无法由单个机器人完成。
在这种情况下，需要多机器人协作系统,与单个机器人相比，多个机器人具有几个优点，具有更好的灵活性，协作性和可靠性。
多机器人系统已广泛应用于医疗领域，航空航天以及焊接和装配等工业应用，并且科研人员提出了一种多机器人，整体单元设计和运动规划优化方法，以减少组装金属面板的纯人力工作。
广泛运用
此外使用触觉双臂主，从远程操作系统来测量，组织和工具之间的相互作用力，发现直接力反馈可以最大限度地减少组织损伤。
根据理论得出，多机器人系统已被广泛用于完成高精度、大负载和复杂任务，表现出高效率和理想的效果。
双机器人系统的标定，主要解决了机器人手眼，基座坐标，工具法兰的坐标矩阵关系问题其中，单机器人系统的标定，还包括机器人手眼和工具法兰标定。
因此双机器人底座坐标系的标定，是实现双机器人协同作业的基础、前提和必要条件，对于双机器人的基础坐标系，主要有两种校准方法，即接触式和非接触式。
接触校准使用专用工具进行辅助定位
非接触式标定一般通过摄像头、激光跟踪仪等外部传感器获取双机器人的姿态关系，科研人员提出了一种，针对三维激光传感器和机器人姿态的标定方法。
实验结果表明，该方法在预测手眼变换协方差方面具有良好的准确性，科研人员提出了一个线性解决方案，给定从机器人基架到机器人法兰架的变换。
通过测量机器人末端执行器的位姿，可以得到从机器人世界到机器人底座、从机器人工具到机器人法兰坐标架的变换矩阵。
科研人员将欠致动的机器人手和软手指，校准问题转换为AX = YB问题，并比较了三种基于非线性优化和进化计算的方法。
此外科研人员还利用双目视觉系统，和坐标变换理论的方法，得到了磨削机器人，基坐标与基坐标之间的空间姿态关系。
科研人员提出了一种，双机器人运动学建模和基架校准方法，用于飞机面板组件的自动钻孔和铆接系统。
通过标记图像获得协调机器人的相对姿态，满足实时标定要求，实验结果表明，该标定方法的精度分别达到2 mm和0.1°。
这些方法中的X、Y、Z都是逐步获得的，在标定过程中会出现累积误差，从而影响标定结果的可靠性，为了减少上述标定方法的误差，科研人员提出了一种线性逼近迭代算法来求解矩阵方程AXB = YCZ。
实现了双机器人系统的手眼、工具法兰、机器人和机器人的同时标定,两组科研人员分别使用，迭代和概率方法同时求解，多机器人系统中的X，Y和Z。
但是迭代方法的计算时间较长，概率方法受噪声干扰的影响较大，科研人员将基于克罗内克积的闭式方法，与凸函数优化问题的迭代方法相结合，提出了一种新的双机器人标定方法。
这个方法提高了，迭代的效率和准确性，科研人员提出了一个基于 dua 的校准问题，四元数和奇异值分解算法。
仿真和实验验证了该方法较高的标定精度，科研人员提出了一种组合解，基于双四元数闭式解和Levenberg Marquardt迭代解，求解AXB = YCZ方程中的未知参数，实现了骨科手术中双机器人系统的标定,虽然这些非接触式校准方法可以自动化。
但使用这种方法的双机器人系统复杂、成本高，传感器测量误差会导致校准误差，这些问题限制了其在工业生产中的批量应用。
并计算基础坐标系的相对位置关系，科研人员提出了一种，仅利用一系列“手扣”操作，和相应关节信息的双机器人底座坐标标定方法，使用四元数和拉格朗日乘子方法，进行正交归一化旋转矩阵的迭代。
但是当使用这些方法时，计算过程复杂，手动操作会放大校准误差，科研人员提出了一种利用，单位四元数来校准机器人基础坐标系的方法。
提高了旋转矩阵的正交性，该方法测量了五个不同的刀具中心点，但刀具中心点操作耗时且不准确。
科研人员采用三点标定方法，完成了焊接工艺双机器人底座坐标系的标定，通过在双机器人末端增加校准条，驱动双机器人在空间的三个点上定位，求解双机器人的姿态变换矩阵，科研人员通过测量三个非共线校准点的坐标。
实现了双机器人基本坐标之间的转换，他们提出了一种基于李代数指数映射的优化方法，以保证旋转矩阵的正交性，科研人员提出了一种基于三个非共线点的标定方法，以建立新的坐标系，通过坐标系之间的变换完成标定。
科研人员提出了一种，使用激光传感器和蜂鸣器的三点校准方法，科研人员使用基于平面投影的异步校准方法，具有两个校准点，以提高校准效率和精度，虽然接触式校准方法成本低，操作简单。
但校准工具不是标准部件，其通用性有待提高，手动示教操作也会导致机器人形成的，特定约束姿势出现重大误差，误差会在校准过程中累积，从而降低校准精度。
这些分析都说明了，非接触式标定法精度高，但伴随着成本的增加，而接触式标定法精度低，不能满足加工、生产、装配的需要，考虑到这一点。
目前的研究提出了一种，“三点测量校准”的多机器人校准方法，该方法通过调整机器人的姿势，获得终端适配器相对于线传感器的三个位置。
然后利用传感器线长建立，标定工装坐标系与双机器人底座坐标系的关系，得到双机器人底座坐标系之间的变换矩阵，实验验证在双机器人协同系统平台上进行。
多机器人环境
在多机器人协作平台中，机器人需要协同工作,因此，需要获得机器人之间的位置关系，在机器人协作平台的建设中。
由于机器人、机器人轨道等部件的重量和尺寸较大，与设计的安装尺寸会有偏差，因此需要在安装完成后对机器人进行校准。
双机器人协作示意图
本文采用的多机器人协同平台，主要由两台工业机器人、两条机器人轨道和一个旋转工件工作台组成，通过更换机器人的终端工具，协同平台可以实现机器人铣削、焊接、测量、装配等功能。
机器人刀具坐标系的校准，与刀具姿势的定位直接相关，会影响机器人加工或装配零件的精度。
TCF标定的功能是，通过已知的刀具坐标系欧拉角、位置和机器人关节角等信息，将机器人示教到标定杆的顶部，获取从刀具坐标系到机器人本体末端的位姿变换矩阵。
结合现有的双机器人校准方法，握手法和坐标测量机法，从精度、成本、人为因素和机器人工作空间，限制等方面比较了三种校准方法。
握手法受到机器人工作空间的限制，要求两个机器人的工作空间重叠，由于操作员需要手动控制两个机器人端部适配器的连接，因此这种校准方法的结果会受到人为因素的影响，并产生误差。
校准工具固定在两个机器人之间的，钢板底座上,通过调整工具的上旋钮，可以在两个不同的方向，可以是垂直或水平上制作工具导杆，调整线材传感器位置后。
三点测量校准方法的精度满足校准要求，机器人校准点的坐标数据来自机器人数据和线材传感器测量，不受操作员人为因素的影响。
这种方法没有机器人工作空间的限制，成本很低，因此在实际工厂使用时具有良好的实用性。
实验采用1600 ABB机器人对单个机器人
结论
双机器人基础坐标系的标定，对于实现双机器人在加工、生产、装配中的协同运行至关重要，基于标定工装部件，建立了双机器人标定系统。
并且该标定系统易于操作，通过调整工装导杆的垂直或水平方向，和线传感器的位置，可以得到双机器人底座坐标系之间的转换矩阵，提出了“三点测量标定法”的接触式双机器人基坐标系标定有效方法。
通过标定工装部件上，正交分布的三个参考测量点，到机器人终点与机器人基坐标系的映射关系，得到了双机器人底座坐标系参数标定的快速求解方法，进一步地求解双机器人，基坐标转换矩阵
实验结果表明，我们的标定方法能够有效提高标定精度和效率，同时通过更换线材传感器行程，可以实现任意位置距离的机器人之间的基坐标校准，具有良好的适应性。
标定方法也可应用于三个，或三个以上机器人基坐标系的标定，为机器人加工、生产、装配提供有价值的参考和指导。
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