一种联动关节段标定方法、系统、设备、存储介质技术方案

本发明专利技术公开了一种柔性机器人的联动关节段标定方法、系统、设备、存储介质，通过获取联动关节段在多个不同构型下的多个实际位姿和多个名义位姿；再根据所述多个名义位姿和所述多个实际位姿标定联动关节段的运动学误差参数；解决了现有柔性机器人由于运动学误差引起的其末端定位精度低、精细作业能力受限等问题，实现了对柔性机器人的联动关节段的运动学误差参数的标定，提高机器人的末端定位精度和操作技能。

A Calibration Method, System, Equipment and Storage Medium for Linkage Joint Segment

The invention discloses a calibration method, system, equipment and storage medium for the joint segment of a flexible robot, which obtains multiple actual and nominal positions of the joint segment under different configurations, and then calibrates the kinematics error parameters of the joint segment according to the nominal positions and the actual positions of the joint segment. The kinematics error caused by the kinematics error has some problems, such as the low accuracy of the end positioning and the limitation of the fine operation ability. The calibration of the kinematics error parameters of the joint segment of the flexible robot is realized, and the accuracy of the end positioning and the operation skills of the robot are improved.

【技术实现步骤摘要】
一种联动关节段标定方法、系统、设备、存储介质
本专利技术涉及机器人领域，尤其是一种联动关节段标定方法、系统、设备、存储介质。
技术介绍
柔性机器人相对于传统机械臂有纤细的躯干，冗余的自由度，在复杂多障碍的环境中体现出了极强的灵活性，因此被广泛应用于核电领域、航天领域大型设备的检修、维护、装配等作业任务。这些狭小空间下的精细作业任务，往往要求柔性机器人具有较高的末端绝对定位精度。然而在以下几个方面因素，将影响着柔性机器人的精度，进而影响其作业的能力：(1)在柔性机器人的零部件加工和安装装配过程中，其存在着许多误差。这些误差经过多个关节的累积和放大，最终导致末端较大的误差。(2)其关节处的有限空间以及特殊的绳索驱动方式，导致了其传感器主要集中在机器人的根部，并不能直接反馈关节的角度大小，存在着关节角度的误差。(3)绳索具有一定的弹性，在多次使用之后柔性机器人的驱动绳索将会变长，进而也影响关节的角度，导致末端的误差。为了提高柔性机器人的末端定位精度，进一步增强其狭小空间的精细作业的能力，有必要定期对柔性机器人众多的运动学参数进行标定，以提高其操作性能。
技术实现思路
本专利技术旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本专利技术的一个目的是提供一种柔性机器人的联动关节段标定方法、系统、设备、存储介质，用于标定联动关节段的运动学误差参数。本专利技术所采用的技术方案是：一种柔性机器人的联动关节段标定方法，包括以下步骤：实际位姿获取步骤，获取联动关节段在多个不同构型下的多个实际位姿；名义位姿获取步骤，获取所述联动关节段在所述多个不同构型下的多个名义位姿；标定步骤，根据所述多个名义位姿和所述多个实际位姿标定所述联动关节段的运动学误差参数。进一步地，基于遗传算法获取所述联动关节段在所述多个不同构型下的多个名义位姿，并根据所述多个名义位姿和所述多个实际位姿标定所述联动关节段的初始绳长误差和联动角度误差。进一步地，利用激光跟踪法获取所述联动关节段的实际位姿。本专利技术所采用的另一技术方案是：一种柔性机器人的联动关节段标定系统，包括：实际位姿获取单元，用于获取联动关节段在多个不同构型下的多个实际位姿；名义位姿获取单元，用于获取所述联动关节段在所述多个不同构型下的多个名义位姿；标定单元，用于根据所述多个名义位姿和所述多个实际位姿标定所述联动关节段的运动学误差参数。进一步地，所述名义位姿获取单元和所述标定单元基于遗传算法获取所述联动关节段在所述多个不同构型下的多个名义位姿，并根据所述多个名义位姿和所述多个实际位姿标定所述联动关节段的初始绳长误差和联动角度误差。进一步地，所述实际位姿获取单元包括激光跟踪仪和设置在所述联动关节段的末端的靶球，利用所述激光跟踪仪获取所述联动关节段的实际位姿。本专利技术所采用的另一技术方案是：一种柔性机器人的联动关节段标定设备，其特征在于，包括：至少一个处理器；以及，与所述至少一个处理器通信连接的存储器；其中，所述存储器存储有可被所述至少一个处理器执行的指令，所述指令被所述至少一个处理器执行，以使所述至少一个处理器能够执行所述的柔性机器人的联动关节段标定方法。本专利技术所采用的另一技术方案是：一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机可执行指令，所述计算机可执行指令用于使计算机执行所述的柔性机器人的联动关节段标定方法。本专利技术的有益效果是：本专利技术一种柔性机器人的联动关节段标定方法、系统、设备、存储介质，通过获取联动关节段在多个不同构型下的多个实际位姿和多个名义位姿；再根据所述多个名义位姿和所述多个实际位姿标定联动关节段的运动学误差参数；解决了现有柔性机器人由于运动学误差引起的其末端定位精度低、精细作业能力受限等问题，实现了对柔性机器人的联动关节段的运动学误差参数的标定，提高机器人的末端定位精度和操作技能。附图说明图1是联动关节段的一具体实施例结构示意图；图2是绳索驱动超冗余机械臂的运动学空间关系描述示意图；图3是联动型关节段自由度配置图；图4是是绳索驱动超冗余机械臂的一具体实施例关节示意图；图5是图4的关节简化等效图；图6是图4的关节模型坐标系分析图；图7是联动关节段的绳长到关节基本角度的一具体实施例计算流程图；图8是本专利技术中一种柔性机器人的联动关节段标定方法的一具体实施例流程图。具体实施方式需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。实施例1一种柔性机器人的联动关节段标定方法，包括以下步骤：实际位姿获取步骤，获取联动关节段在多个不同构型下的多个实际位姿；名义位姿获取步骤，获取所述联动关节段在所述多个不同构型下的多个名义位姿；标定步骤，根据所述多个名义位姿和所述多个实际位姿标定所述联动关节段的运动学误差参数。解决了现有柔性机器人由于运动学误差引起的其末端定位精度低、精细作业能力受限等问题，实现了对柔性机器人的联动关节段的运动学误差参数的标定，提高机器人的末端定位精度和操作技能。具体地，利用名义位姿和实际位姿之间的位姿差与运动学误差之间存在的关系可以标定联动关节段的运动学误差。根据柔性机器人的运动学误差参数即绳索的初始长度的误差(即初始绳长误差)Δl、关节角度的联动误差(即联动角度误差)εθ以及运动学模型X＝f(Θ)可以建立柔性机器人联动关节段的运动学误差模型ΔX＝fε(Δl0,εθ)，也即联动关节段的位姿差ΔX与初始绳长误差Δl、联动角度误差εθ有关，则根据多个名义位姿和多个实际位姿可以标定联动关节段的运动学误差参数(即初始绳长误差、联动角度误差)。下面对运动学误差模型做具体说明：参考图1，图1是联动关节段的一具体实施例结构示意图；柔性机器人的联动关节段包括关节旋转轴、联动绳索和驱动绳索，驱动绳索由联动关节段的根部穿过联动关节段的所有关节，并最终固定于最后一个关节处；而联动绳索保证了联动角度的增量相等。柔性机器人在运动学参数上的误差包括初始绳长误差Δl0,k(1≤k≤3)和联动角度误差联动角度误差以及初始绳长误差不随着联动关节段的构型状态的改变而改变，构型指的是机械臂的关节在三维空间的位置。柔性机器人具有多层运动学的关系，即绳索驱动超冗余机械臂的运动学分析不仅包括了关节空间以及操作空间之间的映射关系，还包括了绳索驱动空间到关节空间的映射关系。因此其运动学分析可以分为两步：首先推导关节空间与操作空间映射关系，即机器人末端坐标系位姿和关节变量ψ、α之间的关系；再推导绳索驱动空间与关节空间映射关系，即关节变量ψ、α和驱动绳索长度变化量Δli之间的关系，如图2所示，图2是绳索驱动超冗余机械臂的运动学空间关系描述示意图。首先进行关节空间与操作空间的映射分析，对关节段进行正运动学分析，如图3所示，图3是联动型关节段自由度配置图，采用经典的D-H法，建立了为单个关节段的D-H坐标系。根据建立的坐标系可以得到其对应的D-H参数表如表1所示。表1联动关节段DH参数表则第i+1参考系相对于第i参考系的齐次变换参数化矩阵，可记为式中cθi＝cosθi,sθi＝sinθi。考虑到柔性机械臂关节段的小关节之间采用了联动的运动方式，则关节角之间存在着以下的关系。其中Θ＝[θ1θ2…θ2n]为柔性机器人关节段的所有子关节角度，和为柔性机器人联动关节段的第i子关节的两个联动角度误差，为整个本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种柔性机器人的联动关节段标定方法，其特征在于，包括以下步骤：实际位姿获取步骤，获取联动关节段在多个不同构型下的多个实际位姿；名义位姿获取步骤，获取所述联动关节段在所述多个不同构型下的多个名义位姿；标定步骤，根据所述多个名义位姿和所述多个实际位姿标定所述联动关节段的运动学误差参数。

【技术特征摘要】
1.一种柔性机器人的联动关节段标定方法，其特征在于，包括以下步骤：实际位姿获取步骤，获取联动关节段在多个不同构型下的多个实际位姿；名义位姿获取步骤，获取所述联动关节段在所述多个不同构型下的多个名义位姿；标定步骤，根据所述多个名义位姿和所述多个实际位姿标定所述联动关节段的运动学误差参数。2.根据权利要求1所述的柔性机器人的联动关节段标定方法，其特征在于，基于遗传算法获取所述联动关节段在所述多个不同构型下的多个名义位姿，并根据所述多个名义位姿和所述多个实际位姿标定所述联动关节段的初始绳长误差和联动角度误差。3.根据权利要求1或2所述的柔性机器人的联动关节段标定方法，其特征在于，利用激光跟踪法获取所述联动关节段的实际位姿。4.一种柔性机器人的联动关节段标定系统，其特征在于，包括：实际位姿获取单元，用于获取联动关节段在多个不同构型下的多个实际位姿；名义位姿获取单元，用于获取所述联动关节段在所述多个不同构型下的多个名义位姿；标定单元，用于根据所述多个名义位姿和所述多个实际位姿标定所述联动关节段的运动学误差参数。5.根...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐文福，刘天亮，牟宗高，梁斌，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学深圳，
类型：发明
国别省市：广东,44