One Camera in Hand for Kinematic Calibration of a Parallel Robot

The main purpose of robot calibration is the correction of the possible errors in the robot parameters. This paper presents a method for a kinematic calibration of a parallel robot that is equipped with one camera in hand. In order to preserve the mechanical configuration of the robot, the camera is utilized to acquire incremental positions of the end effector from a spherical object that is fixed in the word reference frame. Incremental positions of the end effector are related to incremental positions of encoders of the motors of the robot. A kinematic model of the robot is modified in order to take into account possible errors of kinematic parameters. The solution of the model utilizes incremental positions of the resolvers and end effector, the new parameters minimizes errors in the kinematic equations. Spherical properties and intrinsic camera parameters are utilized to model sphere projection in order to improve spatial measurements. The robot system is designed to carry out tracking tasks and the calibration of the system is finally validated by means of integrating the errors of the visual controller

An Overview of Kinematic and Calibration Models Using Internal/External Sensors or Constraints to Improve the Behavior of Spatial Parallel Mechanisms

This paper presents an overview of the literature on kinematic and calibration models of parallel mechanisms, the influence of sensors in the mechanism accuracy and parallel mechanisms used as sensors. The most relevant classifications to obtain and solve kinematic models and to identify geometric and non-geometric parameters in the calibration of parallel robots are discussed, examining the advantages and disadvantages of each method, presenting new trends and identifying unsolved problems. This overview tries to answer and show the solutions developed by the most up-to-date research to some of the most frequent questions that appear in the modelling of a parallel mechanism, such as how to measure, the number of sensors and necessary configurations, the type and influence of errors or the number of necessary parameters

Kinematic Calibration of Parallel Kinematic Machines on the Example of the Hexapod of Simple Design

The aim of using parallel kinematic motion systems as an alternative of conventional machine tools for precision machining has raised the demands made on the accuracy of identification of the geometric parameters that are necessary for the kinematic transformation of the motion variables. The accuracy of a parallel manipulator is not only dependent upon an accurate control of its actuators but also upon a good knowledge of its geometrical characteristics. As the platform's controller determines the length of the actuators according to the nominal model, the resulted pose of the platform is inaccurate. One way to enhance platform accuracy is by kinematic calibration, a process by which the actual kinematic parameters are identified and then implemented to modify the kinematic model used by the controller. The first and most general valuation criterion for the actual calibration approaches is the relative improvement of the motion accuracy, eclipsing the other aspects to pay for it. The calibration outlay has been underestimated or even neglected for a long time. The scientific value of the calibration procedure is not only in direct proportion to the achieved accuracy, but also to the calibration effort. These demands become particularly stringent in case of the calibration of hexapods of the so-called simple design. The objectives of the here proposed new calibration procedure are based on the deficits mentioned above under the special requirements due to the circumstances of the simple design-concept. The main goals of the procedure can be summarized in obtaining the basics for an automated kinematic calibration procedure which works efficiently, quickly, effectively and possibly low-cost, all-in-one economically applied to the parallel kinematic machines. The problem will be approached systematically and taking step by step the necessary conclu-sions and measurements through: Systematical analysis of the workspace to determine the optimal measuring procedure, measurements with automated data acquisition and evaluation, simulated measurements based on the kinematic model of the structure and identifying the kinematic parameters using efficient optimization algorithms. The presented calibration has been successfully implemented and tested on the hexapod of simple design `Felix' available at the IWM, TU Dresden. The obtained results encourage the application of the procedure to other hexapod structures

Contribution à l’amélioration de la précision absolue des robots parallèles

Le but de la présente étude est de contribuer à l’amélioration de la précision absolue des robots parallèles, en ayant recours aux méthodes d’étalonnage géométrique. Ces méthodes consistent à identifier les valeurs des paramètres géométriques du robot, en vue d’améliorer la correspondance entre le robot réel et le modèle mathématique utilisé par son contrôleur. En plus de la compensation des erreurs géométriques, les opérations d’étalonnage proposées permettent d’identifier précisément le référentiel de base de chaque robot étudié. Les méthodes développées sont appliquées à deux robots parallèles à moins de six degrés de liberté (ddl) : une table de positionnement précis à trois ddl (PreXYT) et un robot plan cinqbarres (DexTAR) à deux ddl. Pour le premier robot, l’étalonnage est effectué en utilisant d’abord une méthode d’identification directe. Le deuxième travail destinée à améliorer la précision absolue du PreXYT résulte de la méthode géométrique directe d’étalonnage. En ce qui concerne le robot DexTAR, sa précision est améliorée en utilisant une approche d’autoétalonnage qui exploite les modes de fonctionnement et les modes d’assemblage, pour réduire le nombre de positions d’étalonnage. Cette approche est particulièrement intéressante pour sa simplicité : à chaque position d’étalonnage une sphère de précision est installée en permanence pour servir de cible de mesure. Les positions de ces billes, placées sur une plateforme amovible, n’est mesurée qu’une seule fois, en utilisant une machine de mesure tridimensionnel (MMT). Après la réinstallation de la plateforme sur la base du robot, l’étalonnage peut se faire n’importe quand en n’utilisant que les informations provenant des encodeurs des actionneurs. Les données d’étalonnage et de validation des résultats sont récoltées en utilisant deux appareils mesurant par palpage. Le premier appareil est un bras articulé de mesure de coordonnées, de la compagnie FARO Technologies ; le second est une MMT de la compagnie Mitutoyo. Les incertitudes de mesures de ces machines sont respectivement ±18 μm et ±2,7 μm (niveau de confiance de 95%). Sachant que la qualité de l’étalonnage est inversement proportionnelle aux incertitudes de mesures, l’utilisation d’instruments précis avec des modèles géométriques d’étalonnage quasi-complet nous a permis d’atteindre ces résultats : les erreurs maximales en position et en orientation ont été réduites respectivement à 0,044 mm et 0,009° pour le PreXYT, à l’intérieur d’un cercle de 170 mm de diamètre. Pour le robot DexTAR, l’erreur maximale de position a été réduite à 0,080 mm dans l’ensemble de son espace de travail, soit une zone d’environ 600 mm × 600 mm. Améliorer la précision des robots au-delà de ces valeurs, en utilisant juste les approches géométriques, pourrait s’avérer peu probable. En ce sens, l’ajout de la modélisation et la compensation des erreurs non géométriques serait utile pour obtenir des résultats meilleurs