Roboterkalibrierung

Der Nachteil von seriellen Kinematiken ist bekanntlich deren unzureichende absolute Positioniergenauigkeit. Sind Roboterachsen hintereinander angeordnet, werden ihre Toleranzen über die Länge der Achsverbindungselemente verstärkt. Am TCP des Roboters wirken sich diese geometrischen Fehler als Positionierfehler aus.

Zudem weisen serielle Kinematiken, im Unterschied zu parallelen eine wesentlich geringere Steifigkeit auf. Die Nachgiebigkeit der Getriebe und Achsverbindungselemente führen durch die Drehmomente, die von der Nutzlast und dem Eigengewicht der Achsverbindungselemente (Links) erzeugt werden, zu zusätzlichen nicht geometrischen Fehlern.

Die Aufgabe der Roboterkalibrierung besteht nun darin, die Fehler bestmöglich zu erfassen und zu kompensieren.
Wissenschaftlich gesehen gibt es unterschiedliche Ansätze. Der erfolgreichste ist der modellbasierte Ansatz, bei dem Modellparameter zur Beschreibung der Robterkinematik ermittelt werden. Die Produkte der WIEST AG stützen sich auf diesen Ansatz.

Zur Kompensation der geometrischen bzw. nicht geometrischen Fehler gibt es jeweils spezifische Kompensationsmöglichkeiten:

Geometrische Kompensation

Die berechneten Parameter sind Denavit-Hartenberg-Parameter des Robotermodells. In der Regel sind das Justageoffsets und Linklängen. Die Parameterwerte können dank unserer Software ohne Aufwand in die Robotersteuerung übertragen werden. Die Kompensation der Roboterfehler übernimmt dann die Robotersteuerung durch die Standard-Inverse Kinematik selbst.

Nichtgeometrische Kompensation

Manchmal kann eine Kompensation nicht mehr über das einfache Anpassen von Maschinen-Parametern erfolgen, zum Beispiel bei Elastizitäten oder wenn gewisse mathematische Vereinfachungen (Parallelität der Achse 2 und 3, gemeinsamer Schnittpunkt der Handachsen im Handwurzelpunkt-HWP) verletzt werden.
Der Grund: Es kann keine geschlossene Darstellung der Inversen Kinematik mehr gefunden werden.

Das berechnete Modell zur Kompensation liefert in diesem Fall ein mathematisches Abbild der realen Roboterkinematik, mit der sich das statische Verhalten der Kinematik mehr oder weniger genau voraussagen lässt. Es muss nun eine numerische Lösung der Inversen Kinematik berechnet werden, die schnell genug ist, um im Interpolationstakt von wenigen Millisekunden für alle Stützstellen einer Bahnapplikation Lösungen in ausreichender Genauigkeit zu finden