机械臂的参数测量与辨识方法及装置、终端、存储介质制造方法及图纸

本发明专利技术提供一种机械臂的参数辨识方法，定义M‑DH参数，并写出关节坐标系之间的齐次变换矩阵；获取各个理论关节角度值，代入机器人运动学正解模型求解得到理论末端位置和误差表达式；测量实际末端位置，并求解该理论末端位置与实际末端位置之间的误差值；测量多组关节点的末端位置，建立线性方程组并利用最小二乘算法求解出M‑DH参数的误差值；修正M‑DH参数，利用修正的M‑DH参数得到修正后的末端位置；判断修正后的末端位置与实际末端位置的误差是否收敛，若判断结果为是，则结束流程。本发明专利技术还提供一种机械臂的参数测量方法及装置、机械臂的参数辨识装置、终端装置以及存储介质。利用本发明专利技术实施例，可提升参数辨识精度。

Method and device, terminal and storage medium for parameter measurement and identification of mechanical arm

The invention provides a method for parameter identification of a manipulator, defines M_DH parameters, and writes out homogeneous transformation matrix between joint coordinate systems; obtains the angle values of each theoretical joint, and solves the theoretical end position and error expression by substituting the forward kinematics model of the robot; measures the actual end position and solves the theory. The error value between the end position and the actual end position is measured, the end position of multiple joint points is measured, the linear equations are established, and the error value of the M_DH parameter is solved by the least square algorithm; the M_DH parameter is modified, and the modified end position is obtained by the modified M_DH parameter; the corrected end position and the actual position are judged. If the error of the end position is convergent, if the result is yes, then the process is ended. The invention also provides a parameter measurement method and device of the manipulator, a parameter identification device of the manipulator, a terminal device and a storage medium. By using the embodiment of the invention, the accuracy of parameter identification can be improved.

【技术实现步骤摘要】
机械臂的参数测量与辨识方法及装置、终端、存储介质
本专利技术涉及机器人
，尤其涉及一种机械臂的参数测量方法及装置、机械臂的参数辨识方法及装置、终端以及存储介质。
技术介绍
本部分旨在为权利要求书及具体实施方式中陈述的本专利技术实施例的实施方式提供背景或上下文。此处的描述不因为包括在本部分中就承认是现有技术。随着我国航空航天事业的蓬勃发展，空间机器人的应用也越来越广泛，在复杂环境中，应用空间机器人来进行卫星的捕获与故障维修、航天器的组装以及用来辅助航天员完成太空实验。然而，空间机器人在进入太空飞行轨道之后，由于极冷、极热及辐射等复杂太空环境的影响，以及空间机器人存在关节和连杆的弹性、传动误差和回差等非几何参数的影响，空间机器人的各项运动学参数和实际末端操作器位姿之间的转移矩阵关系将会改变，机器人的末端精度随之发生改变，进而影响了空间机器人的操作。现有的机械臂的参数辨识方法包括扩展卡尔曼滤波法、Levenberg-Marquardt算法、递归线性方程和扩展卡尔曼滤波法、基于S模型的旋转半径法。扩展卡尔曼滤波法用来进行运动学参数辨识，能够处理参数估计中的不确定问题，但该方法没有考虑误差分布情况，有时参数辨识精度较低，且容易发散。Levenberg-Marquardt算法是将梯度下降法和牛顿法结合起来，该计算所占内存空间较大。基于S模型的旋转中心和旋转平面，并且引入了旋转半径等方法，算法复杂，操作难度大。
技术实现思路
鉴于此，本专利技术提供一种机械臂的参数辨识方法及装置、机械臂的参数测量方法及装置、终端以及存储介质，可提升机械臂的参数辨识精度。本专利技术实施例第一方面提供一种机械臂的参数辨识方法，所述机械臂的参数辨识方法包括：步骤1：定义M-DH参数，并根据该M-DH参数写出关节坐标系之间的齐次变换矩阵；步骤2：获取各个理论关节角度值，代入机器人运动学正解模型求解得到理论末端位置和误差表达式；步骤3：建立世界坐标系，进行参数测量得到实际末端位置，并求解该理论末端位置与实际末端位置之间的误差值；步骤4：测量多组关节点的末端位置，建立线性方程组并利用最小二乘算法求解出M-DH参数的误差值；步骤5：修正M-DH参数，利用修正的M-DH参数代入机器人运动学正解模型，得到修正后的末端位置；步骤6：比较修正后的末端位置与实际末端位置的误差；步骤7：判断误差是否收敛；步骤8：继续测量优化模型并返回步骤:2。进一步的，在本专利技术实施例提供的上述机械臂的参数辨识方法中，所述齐次变换矩阵为：其中，θn为关节n的关节角，an为连杆n的连杆长度，αn为连杆n的扭角，dn为为连杆n的轴线的法线距离，βn为连杆n的扭角参数，c为cos，s为sin。进一步的，在本专利技术实施例提供的上述机械臂的参数辨识方法中，所述线性方程组为：其中，LY为机器人末端位置误差。本专利技术实施例另一方面提供一种机械臂的参数辨识装置，所述机械臂的参数辨识装置包括：齐次变换矩阵计算模块，用于定义M-DH参数，并根据该M-DH参数写出关节坐标系之间的齐次变换矩阵；理论末端位置获取模块，用于获取各个理论关节角度值，代入机器人运动学正解模型求解得到理论末端位置和误差表达式；误差值计算模块，用于建立世界坐标系，测量实际末端位置，并求解该理论末端位置与实际末端位置之间的误差值；M-DH参数的误差值计算模块，用于测量多组关节点的末端位置，建立线性方程组并利用最小二乘算法求解出M-DH参数的误差值；参数修正模块，用于修正M-DH参数，利用修正的M-DH参数代入机器人运动学正解模型，得到修正后的末端位置；误差比较模块，用于比较修正后的末端位置与实际末端位置的误差；收敛判断模块，用于判断误差是否收敛；模型优化模块，用于继续测量优化模型。本专利技术实施例第二方面提供一种机械臂的参数测量方法，所述机械臂的参数测量方法包括：建立末端工具坐标系；获取世界坐标系与该末端工具坐标系之间的关系；根据该关系计算得到实际末端位置。进一步的，在本专利技术实施例提供的上述机械臂的参数测量方法中，其特征在于，所述世界坐标系的获取方法包括：将机械臂放置在水平工作平台上，调节机械臂的控制面板，将机械臂回到零位；利用该控制面板使机械臂旋转第一关节，并用激光跟踪仪测量多组第一旋转点的位置；通过测量的多组第一旋转点拟合出旋转轴线，得到第一关节的轴线；调节机械臂的控制面板，将机械臂回到零位；利用该控制面板使机械臂旋转第二关节，并用激光跟踪仪测量多组第二旋转点的位置；通过测量的多组第二旋转点拟合出旋转轴线，得到第二关节的轴线；获取该第一关节的轴线与该第二关节的轴线的交点坐标；根据该交点坐标计算出世界坐标系的原点坐标；根据该原点坐标得到世界坐标系。进一步的，在本专利技术实施例提供的上述机械臂的参数测量方法中，所述建立末端工具坐标系的方法包括：将激光跟踪仪的靶球置于机械臂末端，并测量末端平面上的多组点，从而拟合出末端平面；利用该控制面板使机械臂旋转第六关节，得到第六关节的轴线；根据该第六关节的轴线建立末端工具坐标系。本专利技术实施例再一方面提供一种机械臂的参数测量装置，所述机械臂的参数测量装置包括：建立模块，用于建立末端工具坐标系；关系获取模块，用于获取世界坐标系与该末端工具坐标系之间的关系；计算模块，用于根据该关系计算得到实际末端位置。本专利技术实施例再一方面还提供一种终端装置，所述终端装置包括处理器，所述处理器用于执行存储器中存储的计算机程序时实现上述任意一项所述机械臂的参数辨识方法以及机械臂的参数测量方法的步骤。本专利技术实施例还提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机指令，所述计算机指令被处理器执行时实现上述任意一项所述机械臂的参数辨识方法以及机械臂的参数测量方法的步骤。本专利技术实施例提供的一种机械臂的参数辨识方法及装置、机械臂的参数测量方法及装置、终端装置以及计算机可读存储介质，定义M-DH参数，并写出关节坐标系之间的齐次变换矩阵；获取各个理论关节角度值，代入机器人运动学正解模型求解得到理论末端位置和误差表达式；测量实际末端位置，并求解该理论末端位置与实际末端位置之间的误差值；测量多组关节点的末端位置，建立线性方程组并利用最小二乘算法求解出M-DH参数的误差值；修正M-DH参数，利用修正的M-DH参数得到修正后的末端位置；判断修正后的末端位置与实际末端位置的误差是否收敛，若判断结果为是，则结束流程。利用本专利技术实施例，可提升参数辨识的精度。附图说明图1是本专利技术第一实施方式提供的机械臂的参数辨识方法的流程图。图2是本专利技术提供的Craig参考坐标系模型示意图。图3是本专利技术一实施方式的终端的结构示意图。图4是图3所示的终端的示例性的功能模块图。图5是本专利技术第二实施方式提供的机械臂的参数测量方法的流程图。图6是本专利技术另一实施方式的终端的结构示意图。图7是图6所示的终端的示例性的功能模块图。图8A为本专利技术提供的UR5的一实物模型图。图8B为本专利技术提供的UR5的另一实物模型图。图8C为本专利技术提供的UR5的关节坐标系图。主要元件符号说明终端1存储器10显示屏20处理器30齐次变换矩阵计算模块11理论末端位置获取模块12误差值计算模块13M-DH参数的误差值计算模块14参数修正模块15误差比较模块16收敛判断模块17模型优化模块18建立模块19关系获取模块2本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种机械臂的参数辨识方法，所述机械臂的参数辨识方法包括：步骤1：定义M‑DH参数，并根据该M‑DH参数写出关节坐标系之间的齐次变换矩阵；步骤2：获取各个理论关节角度值，代入机器人运动学正解模型求解得到理论末端位置和误差表达式；步骤3：建立世界坐标系，进行参数测量得到实际末端位置，并求解该理论末端位置与实际末端位置之间的误差值；步骤4：测量多组关节点的末端位置，建立线性方程组并利用最小二乘算法求解出M‑DH参数的误差值；步骤5：修正M‑DH参数，利用修正的M‑DH参数代入机器人运动学正解模型，得到修正后的末端位置；步骤6：比较修正后的末端位置与实际末端位置的误差；步骤7：判断误差是否收敛，若判断结果为是，则结束流程，否则，进入步骤:8；步骤8：继续测量优化模型并返回步骤2。

【技术特征摘要】
1.一种机械臂的参数辨识方法，所述机械臂的参数辨识方法包括：步骤1：定义M-DH参数，并根据该M-DH参数写出关节坐标系之间的齐次变换矩阵；步骤2：获取各个理论关节角度值，代入机器人运动学正解模型求解得到理论末端位置和误差表达式；步骤3：建立世界坐标系，进行参数测量得到实际末端位置，并求解该理论末端位置与实际末端位置之间的误差值；步骤4：测量多组关节点的末端位置，建立线性方程组并利用最小二乘算法求解出M-DH参数的误差值；步骤5：修正M-DH参数，利用修正的M-DH参数代入机器人运动学正解模型，得到修正后的末端位置；步骤6：比较修正后的末端位置与实际末端位置的误差；步骤7：判断误差是否收敛，若判断结果为是，则结束流程，否则，进入步骤:8；步骤8：继续测量优化模型并返回步骤2。2.根据权利要求1所述的机械臂的参数辨识方法，其特征在于，所述齐次变换矩阵为：其中，θn为关节n的关节角，an为连杆n的连杆长度，αn为连杆n的扭角，dn为连杆n的轴线的法线距离，βn为连杆n的扭角参数，c为cos，s为sin。3.根据权利要求1所述的机械臂的参数辨识方法，其特征在于，所述线性方程组为：其中，LY为机器人末端位置误差。4.一种机械臂的参数辨识装置，其特征在于，所述机械臂的参数辨识装置包括：齐次变换矩阵计算模块，用于定义M-DH参数，并根据该M-DH参数写出关节坐标系之间的齐次变换矩阵；理论末端位置获取模块，用于获取各个理论关节角度值，代入机器人运动学正解模型求解得到理论末端位置和误差表达式；误差值计算模块，用于建立世界坐标系，测量实际末端位置，并求解该理论末端位置与实际末端位置之间的误差值；M-DH参数的误差值计算模块，用于测量多组关节点的末端位置，建立线性方程组并利用最小二乘算法求解出M-DH参数的误差值；参数修正模块，用于修正M-DH参数，利用修正的M-DH参数代入机器人运动学正解模型，得到修正后的末端位置；误差比较模块，用于比较修正后的末端位置与实际末端位置的误差；收敛判断模块，用于判断误差是否...

【专利技术属性】
技术研发人员：程银柱，梁斌，刘厚德，朱晓俊，王学谦，王松涛，
申请(专利权)人：深圳清华大学研究院，
类型：发明
国别省市：广东,44