【技术实现步骤摘要】
基于坐标测量仪的工业机器人运动学标定方法
本专利技术涉及机器人
,特别涉及一种基于坐标测量仪的工业机器人运动学标定方法。
技术介绍
机器人运动学标定不改变机器人的结构设计,而是通过修正机器人控制器软件的方法,减小机器人在生产、装配和使用过程中产生的几何参数误差,从而提高机器人绝对定位精度的过程。机器人运动学标定通常分为四步:1)建模:建立描述机器人几何特性和运动性能的数学模型;2)测量:测量机器人末端执行器在世界坐标系下的位姿;3)辨识:基于运动学误差模型,通过合理算法辨识机器人运动学参数;4)补偿:修改控制器参数,使理论值与实际值之间误差达到最小。在标定的过程中,测量手段是一个极其重要的因素,直接决定了机器人标定参数的精度。通常用于机器人标定的测量系统包括自动经纬仪,球杆仪和激光跟踪仪等。其中,激光跟踪仪标定精度最高,且操作相对简单,适用于工业机器人目标跟踪的动静态位姿测量,但是设备价格高昂;而自动经纬仪等操作复杂,对操作人员的技术要求较高,难以实现自动化,且耗费时间较长。同时,在参数辨识阶段,最常用的方法有最小二乘法和Levenberg-Marquardt算法等。Levenberg-Marquardt算法是使用最广泛的非线性最小二乘算法,中文为列文伯格-马夸尔特法。最小二乘法不需要考虑系统或扰动的任何先验信息,可以直接进行计算;而Levenberg-Marquardt算法综合了牛顿法和梯度下降法的优点,计算速度快,局部收敛性能较好。但是,上述方案没有考虑辨识模型中的冗余参数造成模型奇异问题,使模型不满足连续性和最小化。此时参数辨识矩阵不满秩,测量 ...
【技术保护点】
1.一种基于坐标测量仪的工业机器人运动学标定方法,其特征在于,包括以下步骤:步骤S1,安装和测量工具球装置,建立工具球坐标系并计算所述工具球坐标系的位姿;步骤S2,根据工具球坐标系和机器人关节坐标系,构建机器人运动学模型;步骤S3,利用工具球坐标系位姿以及根据正运动学模型和参数名义值,构建运动学误差模型;步骤S4,根据机器人D‑H参数名义值,来消除模型中的冗余参数,以得到精简模型;步骤S5,对所述精简模型,利用最小二乘法进行估计求解,辨识精简模型中的参数;步骤S6,根据精简模型中的参数,得到参数误差的估计值后,对参数误差进行补偿。
【技术特征摘要】
1.一种基于坐标测量仪的工业机器人运动学标定方法,其特征在于,包括以下步骤:步骤S1,安装和测量工具球装置,建立工具球坐标系并计算所述工具球坐标系的位姿;步骤S2,根据工具球坐标系和机器人关节坐标系,构建机器人运动学模型;步骤S3,利用工具球坐标系位姿以及根据正运动学模型和参数名义值,构建运动学误差模型;步骤S4,根据机器人D-H参数名义值,来消除模型中的冗余参数,以得到精简模型;步骤S5,对所述精简模型,利用最小二乘法进行估计求解,辨识精简模型中的参数;步骤S6,根据精简模型中的参数,得到参数误差的估计值后,对参数误差进行补偿。2.如权利要求1所述的一种基于坐标测量仪的工业机器人运动学标定方法,其特征在于:在步骤S1中,所述工具球装置包含两个平行铝盘,两个所述铝盘中间设有4根铝棒,其中一个所述铝盘附加在机器人末端执行器的后端,且其上面安装一个配重架,以平衡该装置的重量,另一个所述铝盘安装在机器人末端执行器的前端,其包括3个工具球,且每个工具球球心构成的平面与所述铝盘平行。3.如权利要求2所述的一种基于坐标测量仪的工业机器人运动学标定方法,其特征在于:在步骤S1中,工具球坐标系和末端执行器坐标系之间的转换矩阵T可以表示为:其中,dx、dy和dz分别为两个坐标系原点在末端执行器坐标系中x,y和z轴方向上的位移。4.如权利要求3所述的一种基于坐标测量仪的工业机器人运动学标定方法,其特征在于:在步骤S1中,通过坐标测量仪探测工具球装置上的球型工具的表面,计算球心坐标的最小二乘估计值,即让球心坐标的最小二乘估计值Fi的绝对值最小:Fi=(u-xi)2+(v-yi)2+(w-zi)2-r2其中u,v,w是要测的球心坐标,xi,yi,zi是球表面第i个点的坐标,r是球的半径,只需要四个球面坐标就可以确定球心坐标,以三个球心中的球心A作为坐标系原点,利用球心坐标A(u1,v1,w1),B(u2,v2,w2)和C(u3,v3,w3)计算工具球坐标系在基坐标系中的位姿。5.如权利要求1所述的一种基于坐标测量仪的工业机器人运动学标定方法,其特征在于:在步骤S2中,构建机器人运动学模型包括以下步骤;步骤S201,在机器人关节处建立关节坐标系;步骤S202,用一个由机器人几何结构参数构造的4×4的齐次变换矩阵描述相邻两连杆的空间关系;步骤S203,计算末端执行器坐标系相对于基坐标系的等价齐次变换矩阵。6.如权利要求5所述的一种基于坐标测量仪的工业机器人运动学标定方法,其特征在于:在步骤S203中,利用机器人的D-H参数,所述等价齐次变换矩阵中i-1iT可以表示为:其中,i表示坐标系...
【专利技术属性】
技术研发人员:张博,韩建欢,庹华,
申请(专利权)人:珞石北京科技有限公司,
类型:发明
国别省市:北京,11
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