A Product-of-Exponentials Kinematic Calibration Algorithm for Serial Robots Using a Laser Pointer

Abstract

This thesis proposes a kinematic calibration algorithm for serial robots based on a minimal product of exponentials (POE) forward kinematic model. Generally, robot calibration requires the measurement of the end-effector frame (position and orientation), which typically requires special measurement equipment. To avoid using complex measurement devices and to make the calibration easy to implement for even the most general serial robots, in our approach we attach a laser pointer to the end-effector, which is then aimed at a set of fixed known reference points in the plane. Treating the laser as a prismatic joint and the reference point as the tip, kinematic calibration is then performed by minimizing the Cartesian position difference between the measured and estimated Cartesian tip position of the robot. Our method is validated via simulations and experiments involving a seven-dof industrial robot arm.

위 논문은 Minimal POE (product of exponentials) 정기구학 모델에 기반한 직렬로봇 캘리브레이션 알고리즘을 제안한다. 일반적으로 로봇 캘리브레이션은 엔드이펙터 프레임의 위치와 방향을 측정하는 작업을 수행해야 하는데, 이는 특별한 측정장비를 필요로 한다. 복잡한 측정장비의 사용 회피와 다양한 형태의 직렬로봇에 쉽게 응용하기 위해, 이번 논문에서는 엔드이펙터에 레이저포인터를 부착하여 평면 위의 위치가 알려진 참조점들을 추적하여 캘리브레이션을 수행하는 방법을 제시한다. 캘리브레이션은 레이저포인터와 참조점을 각각 선형조인트와 팁으로 생각하여 로봇 팁 위치의 측정값과 추정값의 차이를 최소화하는 과정으로 진행된다. 7자유도 산업용 로봇 팔에 대해 시뮬레이션과 실제 공간에서의 실험을 통해 캘리브레이션 방식을 검증했다.