一种基于零力控制的机器人标定方法技术

技术编号:22557677 阅读:53 留言:0更新日期:2019-11-16 01:19
本发明专利技术涉及一种基于零力控制的机器人标定方法,包括如下步骤:S1:将两台机器人通过固件连接在一起,形成封闭运动链;S2:将两台所述机器人设置为零力控制模式;S3:改变两台所述机器人的角度并收集两台所述机器人的关节转角信息;S4:计算D‑H误差并对所述关节转角信息进行补偿;S5:计算补偿后的关节转角信息是否达到精度要求,若没有达到精度要求则重复执行步骤S3至S5,直至达到精度要求,标定完成。本发明专利技术利用零力控制方法实现机器人的标定,可降低操作人员的使用门槛,简化示教步骤,提高示教效率和减少机器人关节磨损;还能够避免高昂的代价去检测末端位姿全集,继而提高标定效率,并最终提高机器人控制精度。

A robot calibration method based on zero force control

The invention relates to a robot calibration method based on zero force control, which comprises the following steps: S1: connecting two robots together through firmware to form a closed kinematic chain; S2: setting the two robots to the zero force control mode; S3: changing the angles of the two robots and collecting the joint angle information of the two robots; S4: calculating the D \u2011 h error and checking the S5: calculate whether the compensated joint angle information meets the accuracy requirements. If not, repeat steps S3 to S5 until the accuracy requirements are met and the calibration is completed. The invention realizes robot calibration by using the zero force control method, which can reduce the use threshold of the operator, simplify the teaching steps, improve the teaching efficiency and reduce the wear of the robot joints; it can also avoid the high cost to detect the end pose complete set, then improve the calibration efficiency, and finally improve the robot control accuracy.

【技术实现步骤摘要】
一种基于零力控制的机器人标定方法
本专利技术涉及机器人
,尤其涉及一种基于零力控制的机器人标定方法。
技术介绍
机器人精度是用于评价串联机器人工作性能的一项重要指标。机器人精度指标包含重复定位精度及绝对定位精度,为了获得尽可能准确的机器人关节参数,通常需要在机器人制造完成后,对机器人的结构参数进行补偿,以提高机器人的精度性能。该补偿可以通过运动学标定来实现,运动学标定即通过一定的测量手段和基于模型的参数识别方法准确辨识机器人的结构参数,确定从关节变量到末端执行器在工作空间内真实位置的更为精确的函数关系,达到修正控制器中的模型参数的目的。零力控制是一种人机交互控制方法:即通过动力学模型计算各关节对应的重力及摩擦力,然后控制各关节输出对应大小的转矩,机器人在外力的作用下克服惯性力而运动。该控制方法在实际生产过程中有着重要意义。
技术实现思路
本专利技术提供一种基于零力控制的机器人标定方法,以解决上述技术问题。为解决上述技术问题,本专利技术提供一种基于零力控制的机器人标定方法,包括如下步骤:S1:将两台机器人通过固件连接在一起,形成封闭运动链;S2:将两台所述机器人设置为零力控制模式;S3:改变两台所述机器人的角度并收集两台所述机器人的关节转角信息;S4:计算D-H误差并对所述关节转角信息进行补偿;S5:计算补偿后的关节转角信息是否达到精度要求,若没有达到精度要求则重复执行步骤S3至S5,直至达到精度要求,标定完成。较佳的,步骤S1中,将两台机器人通过固件连接在一起的方法为:采用正方体连接块连接两台机器人的末端。较佳的,所述零力控制模式包括:通过动力学模型计算各关节对应的重力及摩擦力,得到预估力矩值,然后控制各关节输出与重力及摩擦力大小对应的补偿转矩,实现零力控制。较佳的,改变两台所述机器人的角度三次以上,并依次收集两台所述机器人的关节转角信息。较佳的,所述机器人的关节转角信息包括:描述两相邻关节轴线间相对位置关系的连杆长度ai,连杆扭角αi,描述相邻两连杆之间位置关系的连杆距离di,以及连杆夹角θi。较佳的,步骤S4中,所述D-H误差ΔS的计算方法为:ΔS=Sa-Sd,其中,Sd为机器人末端执行器的指定位置,Sa为机器人末端执行器会移动到实际位置。较佳的,判断所述补偿后的关节转角信息是否达到精度要求的方法为:利用建模仿真,检验两台所述机器人的末端执行器是否形成闭环。较佳的,采用matlab实现建模仿真。较佳的,标定完成后,以最终补偿后的关节转角信息作为机器人的关节原点数据。与现有技术相比,本专利技术提供的基于零力控制的机器人标定方法具有如下优点:本专利技术利用零力控制方法实现机器人的标定,可降低操作人员的使用门槛,简化示教步骤,提高示教效率和减少机器人关节磨损;还能够避免高昂的代价去检测末端位姿全集,继而提高标定效率,并最终提高机器人控制精度。附图说明图1为本专利技术一实施方式中提供的基于零力控制的机器人标定方法的流程图;图2为本专利技术一实施方式建立的D-H模型中相邻连杆的参数示意图;图3为本专利技术一实施方式建立的D-H模型中双机器人杆件坐标系;图4为本专利技术一实施方式中零力控制模式的控制方法示意图;图5a~5c为本专利技术一实施方式中零力控制模式的运动轨迹、轨迹放大图及电流波形图;图6a~6c为本专利技术一实施方式中点动示教模式的运动轨迹、轨迹放大图及电流波形图;图7a~7c为本专利技术一实施方式中标定前三种位姿的双机闭环图例;图8a~8c为本专利技术一实施方式中标定后三种位姿的双机闭环图例。具体实施方式为了更详尽的表述上述专利技术的技术方案,以下列举出具体的实施例来证明技术效果;需要强调的是,这些实施例用于说明本专利技术而不限于限制本专利技术的范围。本专利技术提供的基于零力控制的机器人标定方法,请参考图1,包括如下步骤:S1:将两台机器人通过固件连接在一起,形成封闭运动链;S2:将两台所述机器人设置为零力控制模式;S3:改变两台所述机器人的角度并收集两台所述机器人的关节转角信息;S4:计算D-H误差并对所述关节转角信息进行补偿;S5:计算补偿后的关节转角信息是否达到精度要求,若没有达到精度要求则重复执行步骤S3至S5,直至达到精度要求,标定完成。本专利技术利用零力控制方法实现机器人的标定,可降低操作人员的使用门槛,简化示教步骤,提高示教效率和减少机器人关节磨损;还能够避免高昂的代价去检测末端位姿全集,继而提高标定效率,并最终提高机器人控制精度。具体的,两台机器人连接形成封闭运动链后,建立机器人D-H模型的方式如下:典型的串联机器人由关节和连杆组成,每个关节包括一个自由度(可以是平动关节,或者是转动关节)。如图2所示,对拥有n个关节的机器人,就有从0到n的(n+1)个连杆。连杆0是机器人基座,通常是固定的,携带工具端(末端执行器)。为此,我们给每个连杆固定一个参考坐标系,确定从一个关节到另一个关节的变换步骤,最后得到末端执行器坐标系(连杆n的坐标系)相对于基坐标系(连杆0的坐标系)的等价齐次变换矩阵。较佳的,机器人相邻连杆之间的相对关系可用四个参数表示,即所述机器人的关节转角信息包括:描述两相邻关节轴线间相对位置关系的连杆长度ai,连杆扭角αi,描述相邻两连杆之间位置关系的连杆距离di,以及连杆夹角(关节角)θi。从连杆i-1的坐标系到连杆i的坐标系,只需完成下述变换:(1)沿Zi-1轴平移距离di,使得Xi-1轴与Xi轴相交;(2)绕Zi-1轴旋转角度θi,使得Xi-1轴与Xi轴重合;(3)沿Xi轴平移距离ai,使得连杆i-1的坐标系的原点与连杆i的坐标系的原点重合;(4)最后绕Xi轴旋转角度αi,使得两坐标系完全重合。根据链式法则,相邻连杆之间的位姿转换关系可用下式表示:在机器人末端执行器运行到指定位置的同时,可以得到相应的机器人的一组关节值。期望关节值与实际关节值的差被用作误差参数识别过程的输入量。对于一个给定的机器人,关节值Q=[q1q2…qn]T,与末端执行器位姿S的关系可以通过机器人运动学正解F(·)和反解I(·)来表示:当要求机器人末端执行器移动到指定位置Sd时,机器人末端执行器会移动到实际位置Sa:Sa=F(Qd,Φd+ΔΦ)(4)Qd=I(Sa,Φd)(5)其中,Qd是应用机器人几何参数的名义值,Φd是对指定位姿Sd进行逆运动学求解得到的关节值,ΔΦ是几何参数的误差。则所述D-H误差ΔS(机器人末端执行器的误差)的计算方法为:ΔS=Sa-Sd(6)当参数的误差绝对小时,方程(6)可以线性化为ΔS=JΔΦ(7)其中J为雅克比矩阵,可以通过测量到足够数量的ΔS(可以通过相应的空间坐标偏差Δ本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于零力控制的机器人标定方法,其特征在于,包括如下步骤:/nS1:将两台机器人通过固件连接在一起,形成封闭运动链;/nS2:将两台所述机器人设置为零力控制模式;/nS3:改变两台所述机器人的角度并收集两台所述机器人的关节转角信息;/nS4:计算D-H误差并对所述关节转角信息进行补偿;/nS5:计算补偿后的关节转角信息是否达到精度要求,若没有达到精度要求则重复执行步骤S3至S5,直至达到精度要求,标定完成。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于零力控制的机器人标定方法,其特征在于,包括如下步骤:
S1:将两台机器人通过固件连接在一起,形成封闭运动链;
S2:将两台所述机器人设置为零力控制模式;
S3:改变两台所述机器人的角度并收集两台所述机器人的关节转角信息;
S4:计算D-H误差并对所述关节转角信息进行补偿;
S5:计算补偿后的关节转角信息是否达到精度要求,若没有达到精度要求则重复执行步骤S3至S5,直至达到精度要求,标定完成。


2.如权利要求1所述的方法,其特征在于,步骤S1中,将两台机器人通过固件连接在一起的方法为:采用正方体连接块连接两台机器人的末端。


3.如权利要求1所述的方法,其特征在于,步骤S2中,所述零力控制模式包括:通过动力学模型计算各关节对应的重力及摩擦力,得到预估力矩值,然后控制各关节输出与重力及摩擦力大小对应的补偿转矩,实现零力控制。


4.如权利要求1所述的方法,其特征在于,步骤S3中,改变两台所述...

【专利技术属性】
技术研发人员:朱其新尹一伊刘红俐沈晔湖牛雪梅牛福洲陈浩谢鸥蒋全胜苗静尚文吴永芝
申请(专利权)人:苏州科技大学
类型:发明
国别省市:江苏;32

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