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Geometric Parameter Calibration for a Cable-Driven Parallel Robot Based on a Single One-Dimensional Laser Distance Sensor Measurement and Experimental Modeling

機譯：基于一維激光距離傳感器測量和實驗建模的電纜并聯(lián)機器人幾何參數(shù)校準

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摘要

A cable-driven parallel robot has benefits of wide workspace, high payload, and high dynamic response owing to its light cable actuator utilization. For wide workspace applications, in particular, the body frame becomes large to cover the wide workspace that causes robot kinematic errors resulting from geometric uncertainty. However, appropriate sensors as well as inexpensive and easy calibration methods to measure the actual robot kinematic parameters are not currently available. Hence, we present a calibration sensor device and an auto-calibration methodology for the over-constrained cable-driven parallel robots using one-dimension laser distance sensors attached to the robot end-effector, to overcome the robot geometric uncertainty and to implement precise robot control. A novel calibration workflow with five phases—preparation, modeling, measuring, identification, and adjustment—is proposed. The proposed calibration algorithms cover the cable-driven parallel robot kinematics, as well as uncertainty modeling such as cable elongation and pulley kinematics. We performed extensive simulations and experiments to verify the performance of the suggested method using the MINI cable robot. The experimental results show that the kinematic parameters can be identified correctly with 0.92 mm accuracy, and the robot position control accuracy is increased by 58%. Finally, we verified that the developed calibration sensor devices and the calibration methodology are applicable to the massive-size cable-driven parallel robot system.
機譯：電纜驅動的并行機器人由于其光纜致動器的利用而具有工作空間寬，有效載荷高和動態(tài)響應高的優(yōu)點。特別是對于寬工作空間應用，車身框架會變大以覆蓋寬工作空間，這會導致由于幾何不確定性而導致機器人運動學錯誤。但是，目前尚沒有合適的傳感器以及便宜而簡單的校準方法來測量實際的機器人運動學參數(shù)。因此，我們?yōu)槌s束電纜驅動的并聯(lián)機器人提供了一種校準傳感器設備和一種自動校準方法，該機器人使用附著在機器人末端執(zhí)行器上的一維激光距離傳感器來克服機器人的幾何不確定性并實現(xiàn)精確的機器人控制。提出了一種新穎的校準工作流程，包括五個階段：準備，建模，測量，識別和調整。提出的校準算法涵蓋了電纜驅動的并聯(lián)機器人運動學以及不確定性模型，例如電纜伸長率和滑輪運動學。我們進行了廣泛的仿真和實驗，以驗證使用MINI電纜機械手的建議方法的性能。實驗結果表明，運動參數(shù)可以正確識別，精度為0.92 mm，機器人位置控制精度提高了58％。最后，我們驗證了所開發(fā)的校準傳感器設備和校準方法適用于大規(guī)模電纜驅動的并行機器人系統(tǒng)。

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