绳驱多关节柔性机器人自标定方法及系统、存储介质技术方案

本发明专利技术公开了一种绳驱多关节柔性机器人自标定方法及系统、存储介质，控制关节到达第一平衡状态后，控制其中一根位控绳发生运动，剩余位控绳的位置保持不变，力控绳发生随动并到达第二平衡状态；获取发生运动的位控绳的绳长变化量以及力控绳的绳长变化量；改变发生运动的位控绳，关节回到第一平衡状态，重新获取发生运动的位控绳的绳长变化量以及力控绳的绳长变化量，直到获取所有位控绳的绳长变化量以及力控绳对应的绳长变化量；获取力控绳的绳长变化量与位控绳的绳长变化量的映射矩阵，并根据映射矩阵与关节角的相关关系获取关节的关节角，实现当前关节的关节角标定；自标定方法流程简单、方便实施、效率高且成本低，提高机器人的末端定位精度。

Self-calibration method, system and storage medium for rope-driven multi-joint flexible robot

The invention discloses a self-calibration method, system and storage medium for a rope-driven multi-joint flexible robot, which controls one of the position control ropes to move after the joint reaches the first equilibrium state, keeps the position of the remaining position control ropes unchanged, and forces control ropes to follow up and reach the second equilibrium state; obtains the variation of the rope length of the position control rope in motion and the variation of the rope length of the force control rope. Quantity; Change the position control rope in motion, return the joint to the first equilibrium state, retrieve the change of the rope length of the position control rope in motion and the change of the rope length of the force control rope until the change of the rope length of all position control ropes and the corresponding change of the rope length of the force control rope are obtained; Obtain the mapping matrix of the change of the rope length of the force control rope and the change of the rope length of the position control rope, and according to the mapping moment. The correlation between the array and the joint angle obtains the joint angle and realizes the current joint angle calibration. The self-calibration method is simple, easy to implement, high efficiency and low cost, and improves the robot's end positioning accuracy.

【技术实现步骤摘要】
绳驱多关节柔性机器人自标定方法及系统、存储介质
本专利技术涉及机器人标定领域，尤其是一种绳驱多关节柔性机器人自标定方法及系统、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，我们有必要定期对柔性机器人相关运动学参数的进行标定，提高其性能。然而，传统的标定方法流程繁杂，不方便实施，效率低且成本高。
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绳驱多关节柔性机器人自标定方法及系统、存储介质，自标定方法的流程简单、方便实施、效率高且成本低，提高机器人的末端定位精度。本专利技术所采用的技术方案是：一种绳驱多关节柔性机器人自标定方法，包括以下步骤：S1、设置当前关节的一根驱动绳为力控绳，设置所述关节剩余的驱动绳为位控绳，每个关节通过至少3根驱动绳进行驱动，利用恒力控制模式控制的驱动绳为所述力控绳，利用位置控制模式控制的驱动绳为所述位控绳；S2、控制所述关节到达第一平衡状态，S3、控制其中一根位控绳发生运动，剩余位控绳的位置保持不变，所述力控绳发生随动并到达第二平衡状态；S4、获取发生运动的位控绳的绳长变化量以及力控绳的绳长变化量；S5、重复步骤S2至S4，改变发生运动的位控绳，直到获取所有位控绳的绳长变化量以及力控绳对应的绳长变化量；S6、获取所述力控绳的绳长变化量与位控绳的绳长变化量的映射矩阵，并根据所述映射矩阵与关节角的相关关系获取关节的关节角，实现当前关节的关节角标定。进一步地，根据所述映射矩阵与关节角的相关关系并利用最小二乘迭代法获取关节的关节角。进一步地，按照关节的关节号的顺序标定所述绳驱多关节柔性机器人的关节，其中，标定关节i时，控制关节号小于i的关节的驱动绳处于张紧状态，控制关节号大于i的关节的驱动绳处于放松状态。进一步地，一根驱动绳由一个电机控制，根据所述电机的位置变化量获得驱动绳的绳长变化量。本专利技术所采用的另一技术方案是：一种绳驱多关节柔性机器人自标定系统，包括第一模块，用于执行步骤S1，设置当前关节的一根驱动绳为力控绳，设置所述关节剩余的驱动绳为位控绳，每个关节通过至少3根驱动绳进行驱动，利用恒力控制模式控制的驱动绳为所述力控绳，利用位置控制模式控制的驱动绳为所述位控绳；第二模块，用于执行步骤S2，控制所述关节到达第一平衡状态，第三模块，用于执行步骤S3，控制其中一根位控绳发生运动，剩余位控绳的位置保持不变，所述力控绳发生随动并到达第二平衡状态；第四模块，用于执行步骤S4，获取发生运动的位控绳的绳长变化量以及力控绳的绳长变化量；第五模块，用于执行步骤S5，重复步骤S2至S4，改变发生运动的位控绳，直到获取所有位控绳的绳长变化量以及力控绳对应的绳长变化量；第六模块，用于执行步骤S6，获取所述力控绳的绳长变化量与位控绳的绳长变化量的映射矩阵，并根据所述映射矩阵与关节角的相关关系获取关节的关节角，实现当前关节的关节角标定。进一步地，所述第五模块根据所述映射矩阵与关节角的相关关系并利用最小二乘迭代法获取关节的关节角。进一步地，所述绳驱多关节柔性机器人自标定系统按照关节的关节号的顺序标定所述绳驱多关节柔性机器人的关节，其中，标定关节i时，控制关节号小于i的关节的驱动绳处于张紧状态，控制关节号大于i的关节的驱动绳处于放松状态。进一步地，一根驱动绳与一个电机连接并受其控制，所述第三模块根据所述电机的位置变化量获得驱动绳的绳长变化量。进一步地，所述第三模块包括电机编码器，用于获取所述电机的位置变化量。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，其上存储有计算机程序，所述程序被处理器执行时实现以下步骤：S1、设置当前关节的一根驱动绳为力控绳，设置所述关节剩余的驱动绳为位控绳，每个关节通过至少3根驱动绳进行驱动，利用恒力控制模式控制的驱动绳为所述力控绳，利用位置控制模式控制的驱动绳为所述位控绳；S2、控制所述关节到达第一平衡状态，S3、控制其中一根位控绳发生运动，剩余位控绳的位置保持不变，所述力控绳发生随动并到达第二平衡状态；S4、获取发生运动的位控绳的绳长变化量以及力控绳的绳长变化量；S5、重复步骤S2至S4，改变发生运动的位控绳，直到获取所有位控绳的绳长变化量以及力控绳对应的绳长变化量；S6、获取所述力控绳的绳长变化量与位控绳的绳长变化量的映射矩阵，并根据所述映射矩阵与关节角的相关关系获取关节的关节角，实现当前关节的关节角标定。本专利技术的有益效果是：本专利技术一种绳驱多关节柔性机器人自标定方法及系统、存储介质，设置关节的一根驱动绳为力控绳，设置关节剩余的驱动绳为位控绳，每个关节通过至少3根驱动绳进行驱动；控制关节到达第一平衡状态后，控制其中一根位控绳发生运动，剩余位控绳的位置保持不变，力控绳发生随动并到达第二平衡状态；获取发生运动的位控绳的绳长变化量以及力控绳的绳长变化量；改变发生运动的位控绳，关节回到第一平衡状态，重新获取发生运动的位控绳的绳长变化量以及力控绳的绳长变化量，直到获取所有位控绳的绳长变化量以及力控绳对应的绳长变化量；获取力控绳的绳长变化量与位控绳的绳长变化量的映射矩阵，并根据映射矩阵与关节角的相关关系获取关节的关节角，实现当前关节的关节角标定；克服了柔性机器人的运动学误差引起的其末端定位精度低，精细作业能力受限且传统的标定方法流程繁杂，不方便实施，效率低且成本高的技术问题，自标定方法的流程简单、方便实施、效率高且成本低，提高机器人的末端定位精度。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是绳索驱动超冗余机械臂的运动学空间关系描述示意图；图2是绳索驱动超冗余机械臂DH坐标系示意图；图3是绳驱多关节柔性机器人的示意图；图4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是本专利技术的一种绳驱多关节柔性机器人自标定方法的一具体实施例流程图；图8是本专利技术的一种绳驱多关节柔性机器人自标定方法的最小二乘迭代法计算关节角的一具体实施例流程图；图9是绳长变化时关节角的计算流程图。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。一种绳驱多关节柔性机器人自标定方法，绳驱多关节柔性机器人自标定方法包括以下步骤：S1、设置当前关节的一根驱动绳为力控绳，设置关节剩余的驱动绳为位控绳，每个关节通过至少3根驱动绳进行驱动本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种绳驱多关节柔性机器人自标定方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、设置当前关节的一根驱动绳为力控绳，设置所述关节剩余的驱动绳为位控绳，每个关节通过至少3根驱动绳进行驱动，利用恒力控制模式控制的驱动绳为所述力控绳，利用位置控制模式控制的驱动绳为所述位控绳；S2、控制所述关节到达第一平衡状态，S3、控制其中一根位控绳发生运动，剩余位控绳的位置保持不变，所述力控绳发生随动并到达第二平衡状态；S4、获取发生运动的位控绳的绳长变化量以及力控绳的绳长变化量；S5、重复步骤S2至S4，改变发生运动的位控绳，直到获取所有位控绳的绳长变化量以及力控绳对应的绳长变化量；S6、获取所述力控绳的绳长变化量与位控绳的绳长变化量的映射矩阵，并根据所述映射矩阵与关节角的相关关系获取关节的关节角，实现当前关节的关节角标定。

【技术特征摘要】
1.一种绳驱多关节柔性机器人自标定方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、设置当前关节的一根驱动绳为力控绳，设置所述关节剩余的驱动绳为位控绳，每个关节通过至少3根驱动绳进行驱动，利用恒力控制模式控制的驱动绳为所述力控绳，利用位置控制模式控制的驱动绳为所述位控绳；S2、控制所述关节到达第一平衡状态，S3、控制其中一根位控绳发生运动，剩余位控绳的位置保持不变，所述力控绳发生随动并到达第二平衡状态；S4、获取发生运动的位控绳的绳长变化量以及力控绳的绳长变化量；S5、重复步骤S2至S4，改变发生运动的位控绳，直到获取所有位控绳的绳长变化量以及力控绳对应的绳长变化量；S6、获取所述力控绳的绳长变化量与位控绳的绳长变化量的映射矩阵，并根据所述映射矩阵与关节角的相关关系获取关节的关节角，实现当前关节的关节角标定。2.根据权利要求1所述的绳驱多关节柔性机器人自标定方法，其特征在于，根据所述映射矩阵与关节角的相关关系并利用最小二乘迭代法获取关节的关节角。3.根据权利要求1所述的绳驱多关节柔性机器人自标定方法，其特征在于，按照关节的关节号的顺序标定所述绳驱多关节柔性机器人的关节，其中，标定关节i时，控制关节号小于i的关节的驱动绳处于张紧状态，控制关节号大于i的关节的驱动绳处于放松状态。4.根据权利要求1至3任一项所述的绳驱多关节柔性机器人自标定方法，其特征在于，一根驱动绳由一个电机控制，根据所述电机的位置变化量获得驱动绳的绳长变化量。5.一种绳驱多关节柔性机器人自标定系统，其特征在于，包括第一模块，用于执行步骤S1，设置当前关节的一根驱动绳为力控绳，设置所述关节剩余的驱动绳为位控绳，每个关节通过至少3根驱动绳进行驱动，利用恒力控制模式控制的驱动绳为所述力控绳，利用位置控制模式控制的驱动绳为所述位控绳；第二模块，用于执行步骤S2，控制所述关节到达第一平衡状态，第三模块，用于执行步骤S3，控制其中一根位控绳发生运动，剩余位控绳的位置保持不变，所述力控绳发生随动并到达第二平衡状态；第四模块，用于执行步骤S4，获取发生运动的位控绳的绳长变化量以及力控绳的绳长变...

【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