一种机器人在线校准方法、系统、存储介质及校准设备技术方案

本申请提供一种机器人在线校准方法、系统、存储介质及校准设备，该方法包括：获取机器人运行至K个位置点的过程中，机器人在每个位置点时的多个关节角，以及机器人工具末端在每个位置点时的坐标测量值；利用获取的数据对目标方程组进行迭代求解，获得DH参数和关节零位的误差值；其中，目标方程组是预先根据空间测量设备的测量坐标系到机器人工具末端的位姿传递矩阵建立的；利用误差值对机器人的DH参数和关节零位进行修正。本实施例采用在线一次标定，运用迭代修正算法，直接计算出修正后的DH参数值和关节零位，机器人无须下线标定，实现在线直接采点修正，操作十分便捷，易于实施，速度快、成本较低。

A robot online calibration method, system, storage medium and calibration equipment

【技术实现步骤摘要】
一种机器人在线校准方法、系统、存储介质及校准设备
本申请涉及机器人
，具体而言，涉及一种机器人在线校准方法、系统、存储介质及校准设备。
技术介绍
随着工业机器人装机量和应用范围的不断扩大，工业上对机器人的各方面性能也提出了更高的要求，其中，机器人工具末端的定位精度无疑是评价机器人的一个重要参数指标。机器人的定位精度一般包括机器人的位姿准确度(或称绝对精度)和位姿重复性(或称重复定位精度)。随着视觉应用与离线编程等需求的日益增加，对机器人绝对精度的保证性也需要进一步提高，而机器人在装配中的装配误差，和使用过程中的磨损、变形都对机器人的实际DH参数和零位角度造成了影响，进而导致机器人绝对定位精度的降低。目前，常用的机器人零位和DH参数标定方法，都是基于出厂时的离线标定，如通过机械刻线或角测量仪标定关节零位，需要将机器人通过底座安装到工作平台上，通过精确控制关节组件的加工和装配精度来控制DH参数偏差，这样的方式成本高且速度慢。
技术实现思路
本申请实施例的目的在于提供一种机器人在线校准方法、系统、存储介质及校准设备，能够实现在线直接采点修正，机器人无须下线标定，操作十分便捷，易于实施，速度快、成本较低。第一方面，本申请实施例提供一种机器人在线校准方法，包括：获取机器人运行至工作空间内的K个不同位置点的过程中，机器人控制器内所记录的机器人在每个位置点时的多个关节角，以及空间测量设备所测量的机器人工具末端在每个位置点时的坐标测量值，K为正整数；利用K个位置点的所述坐标测量值、所述多个关节角、坐标理论值和理论DH参数对目标方程组进行迭代求解，获得DH参数和关节零位的误差值；其中，所述目标方程组是预先根据空间测量设备的测量坐标系到机器人工具末端的位姿传递矩阵建立的；利用所述误差值对机器人的DH参数和关节零位进行修正。上述方案可用于机器人DH参数、零位的在线校准，通过空间测量设备采集机器人空间K个点位的实际位置信息，根据由测量坐标系到机器人工具末端的位姿传递矩阵建立的目标方程组十分简单地获得修正后的DH参数值和关节零位，机器人无须下线标定，也无需将机器人通过底座安装到工作平台上，实现在线直接采点修正，操作十分便捷，易于实施，速度快、成本较低。可选的，在利用K个位置点的所述坐标测量值、所述多个关节角、坐标理论值和理论DH参数对目标方程组进行迭代求解之前，所述方法还包括：计算空间测量设备的测量坐标系到机器人工具末端的位姿传递矩阵，并根据所述位姿传递矩阵对矩阵中每个未知量进行偏微分计算，获得误差传递矩阵；根据所述误差传递矩阵建立所述目标方程组。上述方案是基于位姿传递矩阵直接计算测量坐标系下的误差传递矩阵，计算更为简化，同时，可直接对生产线上的机器人进行标定，无需特定安装。可选的，所述目标方程组为：X＝A-1·D；其中，X为所述误差传递矩阵中所有未知量的误差值组成的列向量，A-1为矩阵A的逆矩阵，D＝M-N；Aj为将第j个位置点的关节角和理论DH参数代入所述误差传递矩阵后获得的矩阵；D为由K个位置点的位置误差所形成的误差矩阵，M为K个位置点的坐标测量值，N为K个位置点的坐标理论值。可选的，所述计算空间测量设备的测量坐标系到机器人工具末端的位姿传递矩阵，包括：计算机器人基座标系到机器人工具末端的位姿传递矩阵其中，为关节i-1到关节i的位姿传递矩阵，g为所述机器人的关节数目，为机器人第g关节末端到工具末端的位姿传递矩阵，且和具有如下关系：其中，ai为关节i-1到关节i的连杆长度，αi为关节i-1与关节i的连杆扭角，di为关节i-1到关节i的连杆偏距，θi为关节i-1到关节i的关节角；l、m和n为空间测量设备的测量点在机器人第g轴坐标系下的坐标；i的取值范围为1至g，关节0表示机器人的基座；计算空间测量设备的测量坐标系到机器人工具末端的位姿传递矩阵J：其中，为测量坐标系到机器人基座标系的坐标系转换矩阵，包括：测量坐标系到基座标系的坐标平移量(o,p,q)和坐标轴的旋转角度(rx,ry,rz)。可选的，所述根据所述位姿传递矩阵对矩阵中每个未知量进行偏微分计算，获得误差传递矩阵，包括：根据如下公式确定所述误差传递矩阵：可选的，所述利用K个位置点的所述坐标测量值、所述多个关节角、坐标理论值和理论DH参数对目标方程组进行迭代求解，获得DH参数和关节零位的误差值，包括：执行以下迭代过程，直到列向量X中的误差值的最大值小于预设阈值时，获得所述DH参数和关节零位的误差值：在第一轮迭代时，将K个位置点的所述坐标测量值、所述多个关节角、坐标理论值和理论DH参数代入到目标方程组中求解，获得第一轮迭代的DH参数和关节零位的误差值；其中，所述多个关节角和所述理论DH参数作为初始的理论值；在第一轮之后的第t轮迭代时，将上一轮迭代获得的DH参数和关节零位的误差值与上一轮的理论值相加，作为本轮迭代的理论值，并将本轮迭代的理论值代入到目标方程组中求解，获得第t轮迭代的DH参数和关节零位的误差值。上述方案是对X中的所有误差值进行迭代计算，即把这一次计算得到的误差值，加上参数本身，然后作为已知量进行下一次计算，直到算出来的误差量小于设定阈值，认为达到收敛。而且，在迭代过程中，是基于DH参数和关节零位等的全参数迭代，从而使计算更加准确。第二方面，本申请实施例提供一种机器人在线校准系统，包括：机器人、机器人控制器、空间测量设备以及校准设备，所述空间测量设备的测量点设置于机器人的工具末端，所述空间测量设备和所述机器人控制器均与所述校准设备连接；所述机器人控制器用于控制所述机器人依次运行至工作空间内的K个不同位置点，K为正整数；所述空间测量设备用于测量机器人工具末端在每个位置点时的坐标；所述校准设备用于获取机器人控制器内所记录的机器人在每个位置点时的多个关节角，以及空间测量设备所测量的机器人工具末端在每个位置点时的坐标测量值；并利用K个位置点的所述坐标测量值、所述多个关节角、坐标理论值和理论DH参数对目标方程组进行迭代求解，获得DH参数和关节零位的误差值；其中，所述目标方程组是预先根据空间测量设备的测量坐标系到机器人工具末端的位姿传递矩阵建立的；所述校准设备还用于利用所述误差值对机器人的DH参数和关节零位进行修正。可选的，所述校准设备具体用于：计算空间测量设备的测量坐标系到机器人工具末端的位姿传递矩阵，并根据所述位姿传递矩阵对矩阵中每个未知量进行偏微分计算，获得误差传递矩阵；并根据所述误差传递矩阵建立所述目标方程组。第三方面，本申请实施例提供一种存储介质，所述存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器运行时执行如第一方面所述的方法。第四方面，本申请实施例提供一种校准设备，包括：处理器、存储器和总线，所述存储器存储有所述处理器可执行的机器可读指令，当所述校准设备运行时，所述处理器与所述存储器之间通过总线通信，所述机器可读指令被所述处理器执行时执行如第一方面所述的方法。附图说明为了更清楚本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种机器人在线校准方法，其特征在于，包括：/n获取机器人运行至工作空间内的K个不同位置点的过程中，机器人控制器内所记录的机器人在每个位置点时的多个关节角，以及空间测量设备所测量的机器人工具末端在每个位置点时的坐标测量值，K为正整数；/n利用K个位置点的所述坐标测量值、所述多个关节角、坐标理论值和理论DH参数对目标方程组进行迭代求解，获得DH参数和关节零位的误差值；其中，所述目标方程组是预先根据空间测量设备的测量坐标系到机器人工具末端的位姿传递矩阵建立的；/n利用所述误差值对机器人的DH参数和关节零位进行修正。/n

【技术特征摘要】
1.一种机器人在线校准方法，其特征在于，包括：
获取机器人运行至工作空间内的K个不同位置点的过程中，机器人控制器内所记录的机器人在每个位置点时的多个关节角，以及空间测量设备所测量的机器人工具末端在每个位置点时的坐标测量值，K为正整数；
利用K个位置点的所述坐标测量值、所述多个关节角、坐标理论值和理论DH参数对目标方程组进行迭代求解，获得DH参数和关节零位的误差值；其中，所述目标方程组是预先根据空间测量设备的测量坐标系到机器人工具末端的位姿传递矩阵建立的；
利用所述误差值对机器人的DH参数和关节零位进行修正。


2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在利用K个位置点的所述坐标测量值、所述多个关节角、坐标理论值和理论DH参数对目标方程组进行迭代求解之前，所述方法还包括：
计算空间测量设备的测量坐标系到机器人工具末端的位姿传递矩阵，并根据所述位姿传递矩阵对矩阵中每个未知量进行偏微分计算，获得误差传递矩阵；
根据所述误差传递矩阵建立所述目标方程组。


3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述目标方程组为：
X＝A-1·D；
其中，X为所述误差传递矩阵中所有未知量的误差值组成的列向量，A-1为矩阵A的逆矩阵，D＝M-N；Aj为将第j个位置点的关节角和理论DH参数代入所述误差传递矩阵后获得的矩阵；D为由K个位置点的位置误差所形成的误差矩阵，M为K个位置点的坐标测量值，N为K个位置点的坐标理论值。


4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述计算空间测量设备的测量坐标系到机器人工具末端的位姿传递矩阵，包括：
计算机器人基座标系到机器人工具末端的位姿传递矩阵



其中，为关节i-1到关节i的位姿传递矩阵，g为所述机器人的关节数目，为机器人第g关节末端到工具末端的位姿传递矩阵，且和具有如下关系：






其中，ai为关节i-1到关节i的连杆长度，αi为关节i-1与关节i的连杆扭角，di为关节i-1到关节i的连杆偏距，θi为关节i-1到关节i的关节角；l、m和n为空间测量设备的测量点在机器人第g轴坐标系下的坐标；i的取值范围为1至g，关节0表示机器人的基座；
计算空间测量设备的测量坐标系到机器人工具末端的位姿传递矩阵J：



其中，为测量坐标系到机器人基座标系的坐标系转换矩阵，包括：测量坐标系到基座标系的坐标平移量(o,p,q)和坐标轴的旋转角度(rx,ry,rz)。


5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述根据所述位姿传递矩阵对矩阵中每个未知量进行偏微分计算，获得误差...

【专利技术属性】
技术研发人员：李明洋，
申请(专利权)人：上海节卡机器人科技有限公司，
类型：发明
国别省市：上海;31