一种柔性机器人运动学标定方法及系统技术方案

本发明专利技术公开了一种柔性机器人运动学标定方法及系统，根据联动关节段的名义关节角度获取零联动角度误差下联动关节段的名义位姿；利用参数解耦驱动结构驱动联动关节段到达联动关节段的名义绳长，并获取联动关节段的实际位姿，最后根据联动关节段的名义位姿和联动关节段的实际位姿获取联动关节段的联动角度误差；并根据多个联动关节段的联动角度误差获取机器人的联动角度误差；克服现有绳驱柔性机器人的运动学误差参数繁多，串并联结构导致参数之间互相耦合作用强，参数标定精度低的技术问题，提高机器人的标定精度。

A Kinematic Calibration Method and System for Flexible Robot

The invention discloses a method and system for kinematics calibration of flexible robot, which obtains nominal position and posture of joint segment under zero linkage angle error according to nominal joint angle of joint segment, drives joint segment to reach nominal rope length of joint segment by parameter decoupling driving structure, and obtains actual position and posture of joint segment, and finally obtains nominal position of joint segment according to nominal position of joint segment. The actual position and attitude of the joint segment are used to obtain the joint angle error of the joint segment; and the joint angle error of the robot is obtained according to the joint angle error of multiple joint segments; the technical problems of the existing flexible rope-driven robot are overcome, such as many kinematics error parameters, strong coupling between parameters caused by series-parallel structure and low calibration accuracy of parameters, so as to improve the robot. Calibration accuracy.

【技术实现步骤摘要】
一种柔性机器人运动学标定方法及系统
本专利技术涉及机器人领域，尤其是一种柔性机器人运动学标定方法及系统。
技术介绍
目前，现有的2m自由度的柔性机器人，由m个关节段串联而成，每个关节段由3个以上的绳索驱动，带有电机位置传感器和绳索拉力传感器。参考图1，图1是现有柔性机器人的关节段的示意图；图1中，示意了一个联动关节段的驱动连接情况，关节段由3根驱动绳索进行驱动，关节段的子关节之间通过驱动绳索和联动绳索构成串并联结构。相对于传统机械臂，柔性机器人有纤细的躯干，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)驱动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，需要定期对柔性机器人相关运动学参数的进行标定，以提高其性能。然而，由于绳驱柔性机器人属于串并联机器人，其运动学的参数繁多且参数之间呈现出互相强耦合的影响，导致每个运动学的运动学参数误差与末端的位置姿态误差之间具有非线性的关系，传统的基于模型的标定方法难以直接进行应用。
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运动学标定方法及系统，提高机器人的标定精度。本专利技术所采用的技术方案是：一种柔性机器人运动学标定方法，包括联动关节段标定步骤和机器人标定步骤，其中，所述联动关节段标定步骤包括：根据联动关节段的名义关节角度获取零联动角度误差下所述联动关节段的名义位姿；利用参数解耦驱动结构驱动所述联动关节段以使驱动绳索到达所述联动关节段的名义绳长，并获取所述联动关节段的实际位姿，其中，根据所述联动关节段的名义关节角度计算得到所述联动关节段的名义绳长，所述参数解耦驱动结构为驱动绳索固定在所述联动关节段的第一个子关节上，所述联动关节段的所有子关节通过联动绳索连接的结构；根据所述联动关节段的名义位姿和所述联动关节段的实际位姿获取所述联动关节段的联动角度误差；所述机器人标定步骤包括：利用所述联动关节段标定步骤获取多个联动关节段的联动角度误差；根据所述多个联动关节段的联动角度误差进行组合得到机器人的联动角度误差，所述机器人包括多个联动关节段。进一步地，所述机器人标定步骤还包括：根据机器人的名义关节角度获取在所述机器人的联动角度误差下机器人的名义位姿；利用正常驱动结构驱动所述机器人以使驱动绳索到达机器人的名义绳长，并获取所述机器人的实际位姿，其中，根据所述机器人的名义关节角度计算得到所述机器人的名义绳长，不同的所述联动关节段用不同的正常驱动结构驱动，所述正常驱动结构为驱动绳索固定在所述联动关节段的所有子关节上，所述联动关节段的所有子关节通过联动绳索连接的结构；根据所述机器人的名义位姿和所述机器人的实际位姿获取所述机器人的初始绳长误差。进一步地，根据多组所述机器人的名义位姿和所述机器人的实际位姿利用最小二乘迭代法获取所述机器人的初始绳长误差。进一步地，利用最小二乘迭代法处理多组所述机器人的名义位姿和所述机器人的实际位姿以获取所述机器人的初始绳长误差。进一步地，利用激光追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：一种柔性机器人运动学标定系统，所述柔性机器人运动学标定系统包括联动关节段标定单元和机器人标定单元，其中，所述联动关节段标定单元包括：联动关节段的名义位姿获取模块，用于根据联动关节段的名义关节角度获取零联动角度误差下所述联动关节段的名义位姿；联动关节段的实际位姿获取模块，用于利用参数解耦驱动结构驱动所述联动关节段以使驱动绳索到达所述联动关节段的名义绳长，并获取所述联动关节段的实际位姿，其中，根据所述联动关节段的名义关节角度计算得到所述联动关节段的名义绳长，所述参数解耦驱动结构为驱动绳索固定在所述联动关节段的第一个子关节上，所述联动关节段的所有子关节通过联动绳索连接的结构；联动关节段的联动角度误差获取模块，用于根据所述联动关节段的名义位姿和所述联动关节段的实际位姿获取所述联动关节段的联动角度误差；所述机器人标定单元包括：联动角度误差标定模块，用于利用所述联动关节段标定单元获取多个联动关节段的联动角度误差；根据所述多个联动关节段的联动角度误差进行组合得到机器人的联动角度误差，所述机器人包括多个联动关节段。进一步地，所述机器人标定单元还包括：机器人的名义位姿获取模块，用于根据机器人的名义关节角度获取在所述机器人的联动角度误差下机器人的名义位姿；机器人的实际位姿获取模块，用于利用正常驱动结构驱动所述机器人以使驱动绳索到达机器人的名义绳长，并获取所述机器人的实际位姿，其中，根据所述机器人的名义关节角度计算得到所述机器人的名义绳长，不同的所述联动关节段用不同的正常驱动结构驱动，所述正常驱动结构为驱动绳索固定在所述联动关节段的所有子关节上，所述联动关节段的所有子关节通过联动绳索连接的结构；机器人的初始绳长误差获取模块，用于根据所述机器人的名义位姿和所述机器人的实际位姿获取所述机器人的初始绳长误差。进一步地，所述机器人的末端设置有靶球，利用激光跟踪仪获取所述机器人的实际位姿。进一步地，所述联动关节段的末端设置有靶球，利用激光跟踪仪获取所述联动关节段的实际位姿。本专利技术的有益效果是：本专利技术提供一种柔性机器人运动学标定方法及系统，根据联动关节段的名义关节角度获取零联动角度误差下联动关节段的名义位姿；利用参数解耦驱动结构驱动联动关节段到达联动关节段的名义绳长，并获取联动关节段的实际位姿，最后根据联动关节段的名义位姿和联动关节段的实际位姿获取联动关节段的联动角度误差；并根据多个联动关节段的联动角度误差获取机器人的联动角度误差；克服现有绳驱柔性机器人的运动学误差参数繁多，串并联结构导致参数之间互相耦合作用强，参数标定精度低的技术问题，提高机器人的标定精度。附图说明下面结合附图对本专利技术的具体实施方式作进一步说明：图1是现有柔性机器人的关节段的示意图；图2是本专利技术中一种柔性机器人运动学标定方法的参数解耦驱动结构的一具体实施例示意图；图3是本专利技术中一种柔性机器人运动学标定方法的一具体实施例中实际位姿的获取示意图；图4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5是联动型关节段自由度配置图；图6是绳索驱动超冗余机械臂的一具体实施例关节示意图；图7是图6的关节简化等效图；图8是图6的关节模型坐标系分析图；图9是单个子关节的绳长到关节角的计算流程图；图10是联动关节段的绳长到关节角度的计算流程图；图11是柔性臂绳长到关节角度的计算流程图；图12是本专利技术中一种柔性机器人运动学标定方法的一具体实施例联动关本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种柔性机器人运动学标定方法，其特征在于，包括联动关节段标定步骤和机器人标定步骤，其中，所述联动关节段标定步骤包括：根据联动关节段的名义关节角度获取零联动角度误差下所述联动关节段的名义位姿；利用参数解耦驱动结构驱动所述联动关节段以使驱动绳索到达所述联动关节段的名义绳长，并获取所述联动关节段的实际位姿，其中，根据所述联动关节段的名义关节角度计算得到所述联动关节段的名义绳长，所述参数解耦驱动结构为驱动绳索固定在所述联动关节段的第一个子关节上，所述联动关节段的所有子关节通过联动绳索连接的结构；根据所述联动关节段的名义位姿和所述联动关节段的实际位姿获取所述联动关节段的联动角度误差；所述机器人标定步骤包括：利用所述联动关节段标定步骤获取多个联动关节段的联动角度误差；根据所述多个联动关节段的联动角度误差进行组合得到机器人的联动角度误差，所述机器人包括多个联动关节段。

【技术特征摘要】
1.一种柔性机器人运动学标定方法，其特征在于，包括联动关节段标定步骤和机器人标定步骤，其中，所述联动关节段标定步骤包括：根据联动关节段的名义关节角度获取零联动角度误差下所述联动关节段的名义位姿；利用参数解耦驱动结构驱动所述联动关节段以使驱动绳索到达所述联动关节段的名义绳长，并获取所述联动关节段的实际位姿，其中，根据所述联动关节段的名义关节角度计算得到所述联动关节段的名义绳长，所述参数解耦驱动结构为驱动绳索固定在所述联动关节段的第一个子关节上，所述联动关节段的所有子关节通过联动绳索连接的结构；根据所述联动关节段的名义位姿和所述联动关节段的实际位姿获取所述联动关节段的联动角度误差；所述机器人标定步骤包括：利用所述联动关节段标定步骤获取多个联动关节段的联动角度误差；根据所述多个联动关节段的联动角度误差进行组合得到机器人的联动角度误差，所述机器人包括多个联动关节段。2.根据权利要求1所述的一种柔性机器人运动学标定方法，其特征在于，所述机器人标定步骤还包括：根据机器人的名义关节角度获取在所述机器人的联动角度误差下机器人的名义位姿；利用正常驱动结构驱动所述机器人以使驱动绳索到达机器人的名义绳长，并获取所述机器人的实际位姿，其中，根据所述机器人的名义关节角度计算得到所述机器人的名义绳长，不同的所述联动关节段用不同的正常驱动结构驱动，所述正常驱动结构为驱动绳索固定在所述联动关节段的所有子关节上，所述联动关节段的所有子关节通过联动绳索连接的结构；根据所述机器人的名义位姿和所述机器人的实际位姿获取所述机器人的初始绳长误差。3.根据权利要求2所述的一种柔性机器人运动学标定方法，其特征在于，利用最小二乘迭代法处理多组所述机器人的名义位姿和所述机器人的实际位姿以获取所述机器人的初始绳长误差。4.根据权利要求1至3任一项所述的一种柔性机器人运动学标定方法，其特征在于，根据多组所述联动关节段的名义位姿和所述联动关节段的实际位姿利用最小二乘迭代法获取所述联动关节段的联动角度误差。5.根据权利要求1至3任一项所述的一种柔性机器人运动学标定方法，其特征在于，利用激光追踪法获取所述联动关节段的实际位姿。6.一种柔性机器人运动学标定系统，...

【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