Entwicklung und Anwendung von Methoden zur kinematischen Kalibration eines Leichtbauroboters

Abstract

Die Kalibration des kinematischen Modells eines Roboters spielt für seine Pose- bzw. Absolut- Genauigkeit eine entscheidende Rolle. Diese Arbeit behandelt die Entwicklung zweier Kalibrationsverfahren und deren Durchführung mit einem Leichtbauroboter mit 7 Freiheitsgraden, der in der robotergestützten Chirurgie eingesetzt werden soll. Zum einen wird eine Kreisbogenanalyse zur Kalibration verwendet. Zum anderen wird eine statische 6D-Kalibration entwickelt, die auf ähnliche Weise in der Industrie angewendet wird. Nach einer verfahrensspezifischen Planung und Vermessung der nötigen Trajektorien mit einem externen Trackingsystem werden die Kalibrationsverfahren durchgeführt. Im Anschluss werden die Ergebnisse mittels einer Pose – Genauigkeitsuntersuchung über den gesamten Arbeitsraum des Roboters und mit Hilfe eines Pose – Genauigkeitstests nach DIN EN ISO 9283 verifiziert. Durch die statische 6D-Kalibration konnten Steigerungen der Pose-Genauigkeit über 60 Posen im gesamten Arbeitsraum, die von der Kalibration unabhängig waren, von ca. 5mm auf ca. 1,5mm erzielt werden. Bei der Kreisbogenanalyse wurden ähnliche Steigerungen erreicht. Insgesamt wurden zwei leistungsstarke Kalibrationsverfahren entwickelt, wobei der Aufwand bei der Durchführung der statischen 6D-Kalibration etwas geringer ist als bei der Kreisbogenanalyse. Die Erweiterung der statischen 6D-Kalibration auf ein elastisches kinematisches Robotermodell ist leicht möglich.