A method of identification and correction of industrial robots defects using an inclinometer-based sensor

Abstract

This work is integrated in a project of development of a novel measurement device, the BMG-4 sensor, and its application in the calibration of industrial robots. The aim of the work is to define procedures and strategies that enable, through the BMG-4, to identify both geometric and compliance errors that are present in 6-axes serial industrial robots. The importance of accuracy and robot calibration as well as the problem of the suitability of most measurement systems to industrial environments is highlighted. Consequently, the BMG-4 is introduced as a solution that meets the demands of those conditions. A geometrical methodology is defined to determine the direction of a robot’s axis and to assess its accuracy. A protocol that allows to identify the real angular geometric parameters of the robot, as well as the offsets of some axes is presented. Then, a strategy is developed in order to be able to identify the compliances of the last five axes of the robot. All the tests are performed in an ABB IRB 6600 industrial robot. For axes 2 and 3, the maximum values obtained for inaccuracy are 0,062° and 0,229°, respectively. Also, the robot presents several considerable joints’ offsets errors. For axes 4 and 5 those values are −0,99° and 0,83°. The combined offset of axes 2 and 3 is −0,28°. The stiffness of axis 2 is determined, having an estimated value of 2,4 × 106 N.m/rad. Finally, a standard robot convention is proposed in order to correct the identified errors with a generalized compensation algorithm.

Este trabalho está integrado num projeto de desenvolvimento de um novo dispositivo de medição, o sensor BMG-4, e da sua aplicação na calibração de robôs industriais. O objetivo do trabalho é a definição de procedimentos e estratégias que permitem, através do BMG-4, identificar erros provenientes tanto da geometria como da flexibilidade das articulações do robô que estão presentes em robôs industriais de 6-eixos. A importância da precisão e da calibração robótica, bem como o problema da adequação da maioria dos sistemas de medição em ambientes industriais são destacados. Consequentemente, o BMG-4 é introduzido como uma solução que satisfaz essas condições. Uma metodologia geométrica é definida para determinar a direção do eixo de um robô e para avaliar a sua precisão. Um protocolo que permite identificar os parâmetros geométricos angulares reais do robô, bem como os offsets de alguns eixos, é apresentado. Em seguida, uma estratégia é desenvolvida de maneira a identificar os valores de rigidez dos últimos cinco eixos do robô. Todos os testes são realizados no robô industrial ABB IRB 6600. Para os eixos 2 e 3, os valores máximos obtidos para a análise da imprecisão são 0,062° e 0,229°, respectivamente. Além disso, o robô apresenta erros de offset consideráveis. Para os eixos 4 e 5 esses valores são −0,99° e 0,83°. O valor combinado dos eixos 2 e 3 é −0,28°. A rigidez do eixo 2 é determinada, tendo um valor estimado de 2,4 × 106 N.m/rad. Finalmente, uma convenção standard de robôs é proposta e cuja finalidade é corrigir os erros previamente identificados através de um algoritmo de compensação global e independente do fabricante do robô considerado.