一种高效便捷的简易机器人标定方法技术

本发明专利技术公开了一种高效便捷的简易机器人标定方法，涉及机器人零位标定领域；其包括如下步骤：1)安装完毕后始终保持测量工具尖点相对，手动示教机器人，记录N点对应的关节数据和关节轴数据；2)根据关节轴数据构造各轴齐次矩阵后顺次相乘得到整体齐次矩阵；3)给定基础数据，构造基于整体齐次矩阵的正运动齐次矩阵；4)将给定误差参数加上关节数据得到关节角度矩阵，将其代入正运动齐次矩阵寻优后得到误差，将其补偿到机器人零位完成标定；本发明专利技术解决了现有零位标定采用标定仪器和软件结合方法过程繁杂、成本高昂导致两者零位标定实用性差，从而导致机器人控制精度不高的问题，达到了纯软件实现零位标定，提高实用性从而实现精确控制的效果。

A simple method of simple robot calibration with high efficiency and convenience

The invention discloses a method for calibrating simple robot robot relates to efficient and convenient, zero calibration field; which comprises the following steps: 1) after installation keep measuring tool point relative, manual teaching robot, record the corresponding N point data of joint and joint axis data; 2) according to the data structure of each joint axis the homogeneous matrix multiplication in shaft after get the whole homogeneous matrix; 3) given the basic data structure is the overall motion homogeneous matrix based on homogeneous matrix; 4) will be given error parameters and the joint angle of joint data matrix, which is substituted into the movement of the homogeneous matrix optimization is obtained after the error compensation the robot to zero calibration; the invention solves the zero calibration using the calibration instrument and software combination method of complicated process and costly leading to both zero calibration and practicability. The problem that leads to the low precision of robot control has achieved the effect of pure software to realize zero position calibration and improve practicality to realize accurate control.

【技术实现步骤摘要】
一种高效便捷的简易机器人标定方法
本专利技术涉及机器人零位标定领域，尤其是一种高效便捷的简易机器人标定方法。
技术介绍
由于关节机器人各轴运动都是旋转运动，要使末端执行直线运动或者在某坐标系下运行特定轨迹，必须要进行旋转关节和直线运动的坐标转换；其中旋转运动转换为直线运动为机器人正运动学求解，直线运动转换为关节运动为机器人逆运动学求解；当控制算法设计完成，即可实时得到机器人当前关节下的末端值以及当前末端值下的关节值；如需要理论算法对实际本体进行控制，需要确保影响机器人末端位置正确度的三个参数，三个参数分别是连杆长度、旋转角度和控制器里虚拟机器人模型即控制算法和机器人本体的模型即实际本体算法匹配度；前两个参数可以在生产、加工环节保证，而控制器里虚拟机器人模型和机器人本体的模型匹配度需要使用标定仪器结合软件进行验证，但是标定仪器比如激光传感器等，一方面仪器测量不简便，另一方面标定仪器成本高，导致整个标定流程繁杂、实用性差，所以需要一种标定算法简便操作即可实现零位标定，通过得到实际本体关节位置和理论位置的差异值，补偿差异值，实现控制器用实际本体关节值对机械进行精确控制。
技术实现思路
本专利技术的目的在于：本专利技术提供了一种高效便捷的简易机器人标定方法，解决了现有零位标定采用标定仪器和软件结合方法过程繁杂、成本高昂导致零位标定的实用性和便利性差，从而导致机器人控制精度不高的问题，达到了纯软件实现零位标定，提高实用性从而实现精确控制的效果。本专利技术采用的技术方案如下：一种高效便捷的简易机器人标定方法，包括如下步骤：步骤1：在机器人末端和固定点安装测量工具后，保持两个测量工具尖点相对状态手动示教机器人，记录机器人零位和不同姿态下N点对应的旋转角度、关节数据和关节轴数据；步骤2：根据关节轴数据构造各轴齐次矩阵后将其顺次相乘得到保证N点在同一个大地坐标系的整体齐次矩阵；步骤3：给定已知的基础数据，构造基于整体齐次矩阵的表征具体坐标和姿态的正运动齐次矩阵；步骤4：将误差参数加上关节数据得到关节角度矩阵，将其代入正运动齐次矩阵寻优后得到误差，将其补偿到机器人零位完成标定。优选地，所述基础数据包括机械各轴减速比和连杆参数。优选地，所述步骤1包括如下步骤：步骤1.1：在机器人末端法兰安装测量工具一，在机器人运动范围内的固定点安装测量工具二；步骤1.2：始终保持测量工具一的尖点和测量工具二的尖点相对，手动示教机器人，记录机器人零位和不同姿态下N点对应的旋转角度、关节数据和关节轴数据。优选地，所述步骤2包括如下步骤：步骤2.1：根据各轴的关节轴数据构造表示关节旋转相应角度后相对大地坐标系的各轴齐次矩阵；步骤2.2：将各轴齐次矩阵顺次相乘得到保证N点在同一个大地坐标系的整体齐次矩阵。优选地，所述步骤3包括如下步骤：步骤3.1：给定机器人的各轴减速比和连杆长度，基于旋转角度，将步骤2.1所得的各轴齐次矩阵在大地坐标系下的坐标位置具体化后得到表征具体坐标和姿态的姿态齐次矩阵；步骤3.2：基于姿态齐次矩阵进行正运动算法得到表征具体坐标和姿态的正运动齐次矩阵。优选地，所述步骤4包括如下步骤：步骤4.1：将关节数据和误差参数相加得到关节角度矩阵；步骤4.2：将关节角度矩阵代入正运动齐次矩阵进行寻优得到误差；步骤4.3：将误差补偿到机器零位完成标定。优选地，所述测量工具一包括焊枪或者带尖头的夹具。综上所述，由于采用了上述技术方案，本专利技术的有益效果是：1.本专利技术通过采集关节数据，根据肉眼示教固定点得到关节轴等数据，运用数学算法构建符合条件的矩阵进行优化得到偏差值，将偏差值补偿到机器人零位完成标定，加上基础数据保证控制器算法和机器人本体算法重合，从而实现控制器用实际本体关节值对机械进行精确控制，大大简化了测量手段，加快测量效率，降低测量设备成本，解决了现有零位标定采用标定仪器和软件结合方法过程繁杂、成本高昂导致零位标定的实用性和便利性差，从而导致机器人控制精度不高的问题，达到了纯软件实现零位标定，降低成本、简化过程的同时实现精确控制的效果；2.本专利技术通过机器人末端尖点与测量工具尖点始终保持相对，测量这种情况下各轴不同点的关节轴数据，在旋转角度、连杆长度已知的情况下进行数学算法下的优化求得误差，从而实现简易地零位标定，提高了本方法的便利性和实用性，避免现有零位标定采用机器和算法结合导致的成本高、过程繁杂的缺点；3.本专利技术的测量工具包括焊枪和带尖头的夹具，测量简单，测量工具成本低，降低测量成本，进一步提高本方法的实用性和便利性；4.本专利技术对任何机器人均适用，只需改变其中的轴数或者自由度和对应的变量，进一步提高本标定方法的实用性。附图说明本专利技术将通过例子并参照附图的方式说明，其中：图1是本专利技术的流程图；图2是本专利技术安装测量示意图；图3是本专利技术的机器人结构示意图。具体实施方式本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。下面结合图1-3对本专利技术作详细说明。实施例1一种高效便捷的简易机器人标定方法，包括如下步骤：步骤1：在机器人末端和固定点安装测量工具后，保持两个测量工具尖点相对状态手动示教机器人，记录机器人零位和不同姿态下N点对应的旋转角度、关节数据和关节轴数据；步骤1包括如下步骤：步骤1.1：在机器人末端法兰安装测量工具一，在机器人运动范围内的固定点安装测量工具二；步骤1.2：始终保持测量工具一的尖点和测量工具二的尖点相对，手动示教机器人，记录机器人零位和不同姿态下N点对应的旋转角度、关节数据和关节轴数据。步骤2：根据关节轴数据构造各轴齐次矩阵后将其顺次相乘得到保证N点在同一个大地坐标系的整体齐次矩阵；步骤2包括如下步骤：步骤2.1：根据各轴的关节轴数据构造表示关节旋转相应角度后相对大地坐标系的各轴齐次矩阵；步骤2.2：将各轴齐次矩阵顺次相乘得到保证N点在同一个大地坐标系的整体齐次矩阵。步骤3：给定已知的基础数据，构造基于整体齐次矩阵的表征具体坐标和姿态的正运动齐次矩阵；步骤3包括如下步骤：步骤3.1：给定机器人的各轴减速比和连杆长度，基于旋转角度，将步骤2.1所得的各轴齐次矩阵在大地坐标系下的坐标位置具体化后得到表征具体坐标和姿态的姿态齐次矩阵；步骤3.2：基于姿态齐次矩阵进行正运动算法得到表征具体坐标和姿态的正运动齐次矩阵。步骤4：将误差参数加上关节数据得到关节角度矩阵，将其代入正运动齐次矩阵寻优后得到误差，将其补偿到机器人零位完成标定。步骤4包括如下步骤：步骤4.1：将关节数据和误差参数相加得到关节角度矩阵；步骤4.2：将关节角度矩阵代入正运动齐次矩阵进行寻优得到误差；步骤4.3：将误差补偿到机器零位完成标定。基础数据包括机械各轴减速比和连杆参数。测量工具一包括焊枪或者带尖头的夹具。实施例2以自由度为六的机器人为例：步骤1：在机器人末端法兰安装测量工具一，在机器人运动范围内的固定点安装测量工具二；始终保持测量工具一的尖点和测量工具二的尖点相对，手动示教机器人得到不同姿态下20个点对应的旋转角度θ1,θ2,θ3,θ4,θ5,θ6、关节数据和关节轴数据f(θ1,θ2,θ3,θ4,θ5,θ6)并记录零位值；步骤2：构造各轴齐次矩阵，比如1轴为的缩写，表示关节J1坐标系旋转θ1度后相对笛本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高效便捷的简易机器人标定方法，其特征在于：包括如下步骤：步骤1：在机器人末端和固定点安装测量工具后，保持两个测量工具尖点相对状态手动示教机器人，记录机器人零位和不同姿态下N点对应的旋转角度、关节数据和关节轴数据；步骤2：根据关节轴数据构造各轴齐次矩阵后将其顺次相乘得到保证N点在同一个大地坐标系的整体齐次矩阵；步骤3：给定已知的基础数据，构造基于整体齐次矩阵的表征具体坐标和姿态的正运动齐次矩阵；步骤4：将误差参数加上关节数据得到关节角度矩阵，将其代入正运动齐次矩阵寻优后得到误差，将其补偿到机器人零位完成标定。

【技术特征摘要】
1.一种高效便捷的简易机器人标定方法，其特征在于：包括如下步骤：步骤1：在机器人末端和固定点安装测量工具后，保持两个测量工具尖点相对状态手动示教机器人，记录机器人零位和不同姿态下N点对应的旋转角度、关节数据和关节轴数据；步骤2：根据关节轴数据构造各轴齐次矩阵后将其顺次相乘得到保证N点在同一个大地坐标系的整体齐次矩阵；步骤3：给定已知的基础数据，构造基于整体齐次矩阵的表征具体坐标和姿态的正运动齐次矩阵；步骤4：将误差参数加上关节数据得到关节角度矩阵，将其代入正运动齐次矩阵寻优后得到误差，将其补偿到机器人零位完成标定。2.根据权利要求1所述的一种高效便捷的简易机器人标定方法，其特征在于：所述基础数据包括机械各轴减速比和连杆参数。3.根据权利要求2所述的一种高效便捷的简易机器人标定方法，其特征在于：所述步骤1包括如下步骤：步骤1.1：在机器人末端法兰安装测量工具一，在机器人运动范围内的固定点安装测量工具二；步骤1.2：始终保持测量工具一的尖点和测量工具二的尖点相对，手动示教机器人，记录机器人零位和不同姿态下N点对应的旋转角度、关节数据和关节轴数据。4...

【专利技术属性】
技术研发人员：谷菲，朱路生，
申请(专利权)人：成都卡诺普自动化控制技术有限公司，
类型：发明
国别省市：四川,51