运动学校准方法技术

本发明专利技术涉及一种对并联和串联机器人运动学校准的方法，运动学未构造成专门用于实现可能的最大精度。为此，提出一种方法，其包括如下步骤：沿着预定数量的第一配置向量移动运动学，其中，将控制函数应用于所述配置向量；测量作为移动结果的运动学姿势；识别第二配置向量，所述第二配置向量通过应用所述控制函数而产生了所测量的姿势；过对第一配置向量及相关的第二配置向量的一部分进行评估而确定第一配置向量至少一部分的校正值；通过评估校正值而确定用于转换配置空间的函数；及通过持续首先执行用于转换配置空间的函数及此后执行控制函数而确定校准后的控制函数。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】【专利摘要】本专利技术涉及一种对并联和串联机器人运动学校准的方法，运动学未构造成专门用于实现可能的最大精度。为此，提出一种方法，其包括如下步骤：沿着预定数量的第一配置向量移动运动学，其中，将控制函数应用于所述配置向量；测量作为移动结果的运动学姿势；识别第二配置向量，所述第二配置向量通过应用所述控制函数而产生了所测量的姿势；过对第一配置向量及相关的第二配置向量的一部分进行评估而确定第一配置向量至少一部分的校正值；通过评估校正值而确定用于转换配置空间的函数；及通过持续首先执行用于转换配置空间的函数及此后执行控制函数而确定校准后的控制函数。【专利说明】【介绍】本专利技术涉及一种和结构，并且涉及一种对应的计算器程序和对应的计算机可读存储介质，其特别可用于将校准扩展到并未特别设计成用于实现最大精度的并联和串联机器人运动学中。关键术语定义如下。与机器人运动学的定位精度相关的制造商信息涉及一般的误差估计及各种姿势中的定位偏差测量值。在许多机器人运动学中，到目前为止，可靠描述误差测量值(比如标准偏差)尚不切实际。这些误差测量值将必须有应用到所有可行的姿势中。这些误差估计可以出现在坐标测量机的特定情况中。然而，设计这些机器时已经考虑了误差估计。因为到目前为止，在许多运动学中确定整个工作空间的定位精度及对数据校验实际上行不通，这些数据没有提到可靠地描述误差测量值的明确误差界限。因此需要坐标测量机的特定情况下普遍存在的精度信息。当然，坐标测量机也设计成能够对误差进行估计。 推荐一种新颖的方法来测量基于配置空间的“映射(map)”而生成的点位处的定位误差。由于配置空间具有特别简单的形状，通常为立方体形状，因此容易在该空间内实现测量点位的均匀分布。配置空间内测量点位的均匀分布导致在工作空间内也均匀分布。这是运动学设计的构造及功能要求所产生的结果，在此，假定姿势的微小变化由配置空间内的微小变化引起，并且另一方面，配置空间内的微小变化仅仅导致工作空间内的微小变化。根据本方法进行的补偿，获得了大量姿势，其中，完全消除了姿势中的误差，除了可以忽略的残留误差之外。通过基于几何参数预期偏差的误差估计可以获得工作空间内剩余点位的可靠误差估计。因此，与参数识别比较，本新颖方法适于由公认的政府机构确认姿势误差。运动学系统的使用开创了全新的应用尤其在机器人技术中的应用，比如医学技术及微纳米技术，所述运动学系统具有证明其精度的“检验证书”，并且还由于姿势误差补偿的原因而具有增强精度，且其清晰地限制了姿势误差。变换配置空间的方法不仅可用于活动式运动学(机器人)，而且可用于配置成测量姿势的运动学比如坐标测量机。通过用于变换配置空间的方法同时增强了其精度。【
技术介绍
】具有许多校准运动学的方法。许多校准方法及文中提出的方法可用于机器人、机械手及测量装置例如坐标测量机或机床的并联运动学。运动学姿势误差补偿方法首先指的是运动学本身，但也经常包括周边元素比如末端执行器、多种配件及适配器。根据现有技术，校准主要基于通过参数识别获得需要被校准的个体的正确运动学模型而进行，进而对不同的几何参数的效果进行补偿。作为配置空间元素功能的运动学姿势由多个称为运动学的“运动学模型”的几何参数来限定。尤其是，由于技术生产引起的误差差异及生产中尺寸误差有限的原因，相对于由设计指定的运动学模型的几何参数而言，相同类型的每个个体展示了其几何参数中的差巳因此，仅仅是基于标称运动学模型的运动学控制引起姿势误差。由于在许多应用中这种姿势误差无法忽略，因此需要进行校准测量。由于几何参数偏差是造成大量姿势误差的原因，因此实际上姿势误差补偿测量几乎完全基于对每个个体的几何参数进行最精确的识别(“参数识别”)。这种识别过程基于将运动学的多个理论计算出的姿势与通过精确测量确定的那些姿势进行比较，且比较是从配置空间的相同元素开始的。存在大量与该主题相关的文献，其也主要设计机器人技术姿势误差补偿的主题。文中需要提及的例子为:机器人校准概览(IEEEJ.Robotics and Automat ion Vo 1.RA-5N0.5, 1987, pages377 - 385Roth, Z.S.; Mooring, B.ff.; Ravani, B)；机械手基础(Johnffiley&Sons, 1991, Mooring, B.W; Roth, Z.S.;Driel, M.R.)；机器人校准(Chapman&Hall,London, 1993, R.Bernhardt and S.Albright);或工业机器人尤其是并联运动学的精度改善(Dissertation, Helmut-Schmidt-University Hamburg.Shaker Verlag, Aachen2005, ISBN3-8322-3681-3, Lukas Beyer)。基于参数识别的姿势误差补偿具有很多缺点。实际上，当前此类问题中的参数识别具有与所确定的参数识别有关的严重问题(误差函数的非凸性，即模糊性、数值不稳定性等)。所确定的参数替换精确构造的运动学模型的构造几何参数，并且进而降低了运动学组件的制造和安装精度。根据测量数据确定几何参数存在额外的明显困难和不确定性。所采用的算法为探索性算法(比如downhill-simplex算法)，结果的可靠性受到大量不确定性的影响，因此原则上结果的精度必须遭到质疑。故此，测量值很小的差异或导致所确定的参数的较大偏差。例如，单个测量姿势中的姿势确定中存在的随机误差以无法预测的方式影响所确定的参数。因此现有技术不甚满意及在姿势误差补偿领域展开大量研究是不足为奇的。因此，专利技术目的是提供一种和结构，及对应的计算器程序和对应的计算机可读存储介质，其消除了上述缺陷并且尤其允许确定各种并联和串联机器人运动学的可靠误差测量。通过权利要求1、7_10中引用的专利技术特征实现该目的。本专利技术的有益实施例在从属权利要求中被引用。根据专利技术的独特优点，可以较高的精度校正所有可行姿势的运动学。通过在根据本专利技术的校准运动学的方法中指定多个定义的致动器位置实现这一点。致动器位置由配置向量定义。配置空间KR的第一向量X对应于致动器位置，其中，第一向量X通过控制函数(也称为直接运动学DK)映射到姿势空间PR的姿势P (X)上，或更精确地为映射到工作空间AR内的姿势P (X)上。通过应用控制函数来移动姿势的运动学。一般而言，当控制函数应用于第一向量X时运动学所呈现的姿势不同于理论上计算出的姿势P(x)。因此，测量了姿势，当将控制函数应用于特定数量的致动器位置时，运动学相对于所述姿势移动。所获得的数值称为给第一向量X测量的正运动学GDK(X)。每个控制函数DK与逆映射相关，即所谓的逆运动学IK。借助逆运动学IK，确定了每个姿势P的特定致动器位置X，当将控制函数应用于向量X时，该致动器位置X引起了姿势P。现在将该逆运动学IK应用于测量的姿势gDK(x)。因此计算出配置空间KR的第二向量X’ =IK (gDK (x))，其通常不同于预先定义的第一向量X。通过分别评估第一及相关联的第二向量，确定了配置空间KR的至少一个离散子集(样集)的对应关联值。优选地，关联值为向量关联值。当第一向量及相关的关联值在配置空间的离本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种校准运动学的方法，该方法包括以下步骤：根据预定数量的第一配置向量移动运动学，其中，将控制函数应用于所述配置向量；测量作为移动结果的运动学姿势；识别第二配置向量，所述第二配置向量通过应用所述控制函数而产生了所测量的姿势；通过对第一配置向量及相关的第二配置向量的一部分进行评估而确定第一配置向量至少一部分的校正值；通过评估校正值而确定用于转换配置空间的函数；及通过持续首先执行用于转换配置空间的函数及此后执行控制函数而确定校准后的控制函数。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：约翰尼斯·高特立博，
申请(专利权)人：约翰尼斯·高特立博，
类型：发明
国别省市：德国;DE