基于双位置敏感器件约束的机器人参数标定方法及系统技术方案

本发明专利技术提供了一种基于双位置敏感器件约束的机器人参数标定方法及系统，属于机器人参数标定技术领域。在机器人不同姿态下，根据激光距离传感器末端点与第一坐标系和第二坐标系的位置关系，得到各个激光距离传感器末端点位置转换到第一坐标系中的各个第一位置坐标；获取激光距离传感器各个末端点位置转换到第三坐标系中的各个第二位置坐标；任意两个第一位置坐标之间计算距离，任意两个第二位置坐标之间计算距离，以任意两个激光距离传感器末端点位置对应的第二距离值和第一距离值的差值为误差，以所有误差的加和最小构建目标函数，得到最优的机器人参数；本发明专利技术解决了现有方案参数标定能力差的问题，能够实现机器人参数的更精确标定。更精确标定。更精确标定。

【技术实现步骤摘要】
基于双位置敏感器件约束的机器人参数标定方法及系统


[0001]本专利技术涉及机器人参数标定
，特别涉及一种基于双位置敏感器件约束的机器人参数标定方法及系统。

技术介绍

[0002]本部分的陈述仅仅是提供了与本专利技术相关的
技术介绍
，并不必然构成现有技术。
[0003]机器人精度主要包括重复定位精度及绝对定位精度，它是评价机器人综合性能的重要指标之一。目前的工业机器人重复定位精度较高，可以达到0.01mm，但是由于机器人受机械加工误差、装配误差、零部件磨损、末端负载变化以及温度影响的共同作用，绝对定位精度较低，这给测量机器人的应用、机械臂卫星高精度装配及飞机集成装配产生了不利的影响。尤其是机械臂在狭小空间中由于运动不精确，使得末端装配零件与周围高精密零件发生碰撞，导致高精密零件损坏，造成不必要的损失，随着工业机器人的不断应用与发展，对运动精度也提出了越来越高的要求。
[0004]六轴串联机器人是一种开环运动结构，通过每个轴的编码器可以确定每个关节的角度值，在每根轴上建立相应的齐次方程而构建机器人的运动模型，就可以确定机器人的末端位置和姿态（相对于机器人的基座）。
[0005]由于机器人的各个连杆参数和角度参数存在一定的误差，从而导致机器人的末端位姿不准确，确定机器人每根轴的齐次变换矩阵需要连杆长度、连杆偏置、连杆扭角和轴的转角四个参数，六个轴共计24个参数，这些参数称之为D
‑
H参数；D
‑
H参数在机器人设计时确定，由于加工和装配的误差，D
‑<br/>H参数会与理论值存在误差，从而降低了机器人的位姿精度。
[0006]目前的机器人D
‑
H参数标定方法主要采用开环标定，开环标定需要激光跟踪仪和IGPS等设备，测量精度高，测量噪声较小，但需要标定外部测量设备与机器人坐标系间的关系，且外部测量设备价格昂贵，需要专门人员操作，测量设备易受环境因素影响造成测量结果异常，因此在应用中比较受限。

技术实现思路

[0007]为了解决现有技术的不足，本专利技术提供了一种基于双位置敏感器件约束的机器人参数标定方法及系统，能够实现机器人D
‑
H参数的更精确标定，只需要一个激光距离传感器和两个位置敏感器件（Position Sensitive Detector，PSD），成本低且操作简单。
[0008]为了实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：本专利技术第一方面提供了一种基于双位置敏感器件约束的机器人参数标定方法。
[0009]一种基于双位置敏感器件约束的机器人参数标定方法，激光距离传感器位于机器人的机械臂末端，第一坐标系构建于第一位置敏感器件上，第二坐标系构建于第二位置敏感器件上，第二坐标系与第一坐标系之间的齐次变换关系固定，包括以下过程：在机器人不同姿态下，根据激光距离传感器末端点与第一坐标系和第二坐标系的
位置关系，得到各个激光距离传感器末端点位置转换到第一坐标系中的各个第一位置坐标；获取激光距离传感器各个末端点位置转换到第三坐标系中的各个第二位置坐标，其中，第三坐标系构建于机器人本体上；任意两个第一位置坐标之间计算距离，得到多个第一距离值，任意两个第二位置坐标之间计算距离，得到多个第二距离值；以任意两个激光距离传感器末端点位置对应的第二距离值和第一距离值的差值为误差，以所有激光距离传感器末端点位置对应的误差的加和最小为目标，得到最优的机器人参数。
[0010]作为本专利技术第一方面进一步的限定，机器人为六轴串联机器人，机器人参数包括每个轴的连杆长度、连杆偏置、连杆扭角和轴的转角，采用粒子群算法进行目标求解，得到最优的机器人参数。
[0011]作为本专利技术第一方面进一步的限定，第一坐标系、第二坐标系和第三坐标系均为XYZ直角坐标系。
[0012]作为本专利技术第一方面进一步的限定，在机器人不同姿态下，根据激光距离传感器末端点与第一坐标系和第二坐标系的位置关系，得到各个激光距离传感器末端点位置转换到第一坐标系中的各个第一位置坐标，包括：对任意一个激光距离传感器末端点，第一转换过程为：使得激光线打在第一位置敏感器件的第一位置坐标上，通过反射打到第二位置敏感器件的第三位置坐标上，第四位置坐标为第三位置坐标关于第一坐标系的OXY平面的对称点，进而得到第四位置坐标在第一坐标系中的坐标；根据第一位置坐标、第四位置坐标在第一坐标系中的坐标以及激光距离传感器末端点到第一位置坐标的距离，得到激光距离传感器末端点在第一坐标系中的实际位置；依次对各激光距离传感器末端点执行上述第一转换过程，得到激光距离传感器多个末端点位置转换到第一坐标系中的多个第一位置坐标。
[0013]作为本专利技术第一方面进一步的限定，获取激光距离传感器各个末端点位置转换到第三坐标系中的各个第二位置坐标，包括：对任意一个激光距离传感器末端点，第二转换过程为：获取到当前机器人姿态下机器人各轴的关节角度值，其中，机器人末端构建有第四坐标系，激光测距传感器上构建有第五坐标系；根据第四坐标系与第三坐标系之间的齐次变换矩阵以及第四坐标系与第五坐标系之间的齐次变换矩阵，得到第五坐标系与第三坐标系之间的齐次变换矩阵；根据机器人各轴的关节角度值以及第五坐标系与第三坐标系之间的齐次变换矩阵，得到当前激光距离传感器末端点位置转换到第三坐标系中的各个第二位置坐标；依次对各激光距离传感器末端点执行上述第二转换过程，得到激光距离传感器多个末端点位置转换到第三坐标系中的各个第二位置坐标。
[0014]作为本专利技术第一方面更进一步的限定，第四坐标系和第五坐标系均为XYZ直角坐标系。
[0015]作为本专利技术第一方面进一步的限定，激光距离传感器多个末端点位置为n个，则对
应的第一位置坐标和第二位置坐标均为n个；任意两个第一位置坐标之间计算距离，得到个第一距离值，任意两个第二位置坐标之间计算距离，得到个第二距离值。
[0016]本专利技术第二方面提供了一种基于双位置敏感器件约束的机器人参数标定系统。
[0017]一种基于双位置敏感器件约束的机器人参数标定系统，激光距离传感器位于机器人的机械臂末端，第一坐标系构建于第一位置敏感器件上，第二坐标系构建于第二位置敏感器件上，第二坐标系与第一坐标系之间的齐次变换关系固定，包括：第一位置转换模块，被配置为：在机器人不同姿态下，根据激光距离传感器末端点与第一坐标系和第二坐标系的位置关系，得到各个激光距离传感器末端点位置转换到第一坐标系中的各个第一位置坐标；第二位置转换模块，被配置为：获取激光距离传感器各个末端点位置转换到第三坐标系中的各个第二位置坐标，其中，第三坐标系构建于机器人本体上；距离计算模块，被配置为：任意两个第一位置坐标之间计算距离，得到多个第一距离值，任意两个第二位置坐标之间计算距离，得到多个第二距离值；参数寻优模块，被配置为：以任意两个激光距离传感器末端点位置对应的第二距离值和第一距离值的差值为误差，以所有激光距离传感器末端点位置对应的误差的加和最小为目标，得到最优的机器人参数。
[0018]作为本专利技术本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于双位置敏感器件约束的机器人参数标定方法，其特征在于，激光距离传感器位于机器人的机械臂末端，第一坐标系构建于第一位置敏感器件上，第二坐标系构建于第二位置敏感器件上，第二坐标系与第一坐标系之间的齐次变换关系固定，包括以下过程：在机器人不同姿态下，根据激光距离传感器末端点与第一坐标系和第二坐标系的位置关系，得到各个激光距离传感器末端点位置转换到第一坐标系中的各个第一位置坐标；获取激光距离传感器各个末端点位置转换到第三坐标系中的各个第二位置坐标，其中，第三坐标系构建于机器人本体上；任意两个第一位置坐标之间计算距离，得到多个第一距离值，任意两个第二位置坐标之间计算距离，得到多个第二距离值；以任意两个激光距离传感器末端点位置对应的第二距离值和第一距离值的差值为误差，以所有激光距离传感器末端点位置对应的误差的加和最小为目标，得到最优的机器人参数。2.如权利要求1所述的基于双位置敏感器件约束的机器人参数标定方法，其特征在于，机器人为六轴串联机器人，机器人参数包括每个轴的连杆长度、连杆偏置、连杆扭角和轴的转角，采用粒子群算法进行目标求解，得到最优的机器人参数。3.如权利要求1所述的基于双位置敏感器件约束的机器人参数标定方法，其特征在于，第一坐标系、第二坐标系和第三坐标系均为XYZ直角坐标系。4.如权利要求3所述的基于双位置敏感器件约束的机器人参数标定方法，其特征在于，在机器人不同姿态下，根据激光距离传感器末端点与第一坐标系和第二坐标系的位置关系，得到各个激光距离传感器末端点位置转换到第一坐标系中的各个第一位置坐标，包括：对任意一个激光距离传感器末端点，第一转换过程为：使得激光线打在第一位置敏感器件的第一位置坐标上，通过反射打到第二位置敏感器件的第三位置坐标上，第四位置坐标为第三位置坐标关于第一坐标系的OXY平面的对称点，进而得到第四位置坐标在第一坐标系中的坐标；根据第一位置坐标、第四位置坐标在第一坐标系中的坐标以及激光距离传感器末端点到第一位置坐标的距离，得到激光距离传感器末端点在第一坐标系中的实际位置；依次对各激光距离传感器末端点执行上述第一转换过程，得到激光距离传感器多个末端点位置转换到第一坐标系中的多个第一位置坐标。5.如权利要求1
‑
4任一项所述的基于双位置敏感器件约束的机器人参数标定方法，其特征在于，获取激光距离传感器各个末端点位置转换到第三坐标系中的各个第二位置坐标，包括：对任意一个激光距离传感器末端点，第二转换过程为：获取到当前机器人姿态下机器人各轴的关节角度值，其中，机器人末端构建有第四坐标系，激光测距传感器上构建有第五坐标系；根据第四坐标系与第三坐标系之间的齐次变换矩阵以及第四坐标系与第五坐标系之间的齐次变换矩阵，得到第五坐标系与第三坐标系之间的齐次变换矩阵；根据机器人各轴的关节角度值以及第五坐标系与第三坐标系之间的齐次变换矩阵，得
到当前激光距离传感器末端点位置转换到第三坐标系中的各个第二位置坐标；依次对各激光距离传感器末端点执行上述第二转换过程，得到激光距离传感器多个末端点位置转换到第三坐标系中的各个第二位置坐标。6.如权利要求5所述的基于双位置敏感器件约束的机器人参数标定方法，其特征在于，第四坐标系和第五...

【专利技术属性】
技术研发人员：王迎智，于少冲，靳津，
申请(专利权)人：极限人工智能北京有限公司，
类型：发明
国别省市：