一种绳驱蛇形机械臂的参数自标定方法技术

本申请公开了一种绳驱蛇形机械臂的参数自标定方法

【技术实现步骤摘要】
一种绳驱蛇形机械臂的参数自标定方法、装置及存储介质


[0001]本申请涉及机器人控制
，特别涉及一种绳驱蛇形机械臂的参数自标定方法
、
装置及存储介质
。

技术介绍

[0002]由于在加工
、
装配机械臂等过程中会产生误差，实际绳驱机械臂的运动学参数必然与设计值存在误差，因此，需要对绳驱机械臂的参数进行标定以减少误差
。
[0003]传统的标定方法是采用运动学标定方法，有研究基于几何结构误差
、
绳索长度零误差和末端执行器位置误差之间的映射模型，提出基于运动捕捉系统的运动学标定方法，有研究则是提出基于弱化式解耦技术的多节柔性机械臂运动标定方法
。
[0004]但是大部分运动学标定方法均依赖于外部的精密测量设备，如运动捕捉系统
、
相机
、
激光测距仪
、
倾角仪等
。
标定系统搭建成本高，标定过程复杂，且不能适用于绳驱蛇形机械臂
。

技术实现思路

[0005]为了解决至少一个上述相关技术中存在的技术问题，本申请实施例提出了一种绳驱蛇形机械臂的参数自标定方法
、
装置及存储介质
。
[0006]本申请实施例的第一方面提出了一种绳驱蛇形机械臂的参数自标定方法，所述方法包括：
[0007]将蛇形机械臂的驱动绳索进行分类，获得定位绳索与冗余绳索；
[0008]采用雅可比矩阵映射的方法，根据所述定位绳索，确定每个所述绳驱关节的关节角度；
[0009]针对蛇形机械臂的多段绳驱关节建立
D
‑
H
坐标系，获得各所述绳驱关节的绳孔位置向量式；
[0010]引入运动学修正模型和运动学误差模型，根据所述绳孔位置向量式以及所述关节角度，获得所述绳驱关节中所述驱动绳索的绳长计算函数；
[0011]根据所述绳长计算函数，获得线性关系函数式；所述线性关系函数式用于表示所述冗余绳索的长度与待标定参数向量变化量的线型关系；
[0012]通过牛顿
‑
拉夫森法，对所述线性关系函数式进行迭代求解，更新待标定参数
。
[0013]在一些实施例，所述采用雅可比矩阵映射的方法，根据所述定位绳索，确定每个所述绳驱关节的关节角度这一步骤，具体包括：
[0014]获取所述驱动绳索的总长度公式；
[0015]对所述总长度公式进行差分运算，获得总长度
‑
关节角度方程；
[0016]通过电机编码器获取所述定位绳索在各段所述绳驱关节中的长度，采用牛顿
‑
拉夫森法，对所述总长度
‑
关节角度方程进行数值求解，确定所述关节角度
。
[0017]在一些实施例，所述引入运动学修正模型和运动学误差模型，根据所述绳孔位置
向量式以及所述关节角度，获得所述绳驱关节中所述驱动绳索的绳长计算函数这一步骤，具体包括：
[0018]根据所述绳孔位置向量式，通过运动学修正模型，对所述驱动绳索在所述绳驱关节中的长度进行修正，获得绳索长度公式；
[0019]根据所述绳索长度公式以及所述关节角度，引入运动学误差模型，确定所述绳长计算函数；
[0020]所述绳长计算函数用下式表示：
[0021][0022]其中，
l
i
，
j
，
k
为第
j
绳索组的第
k
条驱动绳索在第
i
段绳驱关节中的长度，为第
j
绳索组的第
k
条驱动绳索在第
i
段绳驱关节的绳长计算函数，
q
i
表示第
i
段绳驱关节的关节角度，
d
i
表示第
i
段绳驱关节的绳盘间距，
r
i
表示第
i
段绳驱关节的布绳半径，
φ
i
表示第
i
段绳驱关节的扭转角度
。
[0023]在一些实施例，所述获取所述驱动绳索的总长度公式这一步骤，具体用下式表示：
[0024][0025]其中，
L
j,k
为第
j
绳索组的第
k
条驱动绳索的总长度，
l
i
，
j
，
k
为第
j
绳索组的第
k
条驱动绳索在第
i
段绳驱关节中的长度，
l0表示连杆段的长度，
f
i
，
j
，
k
(
‑
)
为第
j
绳索组的第
k
条驱动绳索在第
i
段绳驱关节中的绳长计算函数，
q
2j
‑1,q
2j
为
D
‑
H
坐标系中第
j
绳索组在第
i
段绳驱关节中的关节角度，
i
的取值为1至
j。
[0026]在一些实施例，所述根据所述绳孔位置向量式，通过运动学修正模型，对所述驱动绳索在所述绳驱关节中的长度进行修正，获得绳索长度公式这一步骤，具体用下式表示：
[0027][0028]其中，
l
i
，
j
，
k
为第
j
绳索组的第
k
条驱动绳索在第
i
段绳驱关节中的长度，表示第
j
绳索组的第
k
条驱动绳索在第
i
段绳驱关节的绳孔方向夹角，
θ
2i
‑1,
θ
2i
为第
i
段绳驱关节的关节转角，
d
i
表示第
i
段绳驱关节的绳盘间距，
r
i
表示第
i
段绳驱关节的布绳半径，
φ
i
表示第
i
段绳驱关节的扭转角度
。
[0029]在一些实施例，所述根据所述绳长计算函数，获得线性关系函数式这一步骤，具体包括：
[0030]对所述绳长计算函数进行全微分处理，获得微分函数式；
[0031]根据所述微分函数式，计算第一绳长微分函数式和第二绳长微分函数式；所述第一绳长微分函数式为结合所述微分函数式，获得关于所述定位绳索的相关参数和待标定参数向量变化量的函数式；所述第二绳长微分函数式为结合所述微分函数式，获得关于所述冗余绳索的相关参数和待标定参数向量变化量的函数式；
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种绳驱蛇形机械臂的参数自标定方法，其特征在于，包括：将蛇形机械臂的驱动绳索进行分类，获得定位绳索与冗余绳索；采用雅可比矩阵映射的方法，根据所述定位绳索，确定每个所述绳驱关节的关节角度；针对蛇形机械臂的多段绳驱关节建立
D
‑
H
坐标系，获得各所述绳驱关节的绳孔位置向量式；引入运动学修正模型和运动学误差模型，根据所述绳孔位置向量式以及所述关节角度，获得所述绳驱关节中所述驱动绳索的绳长计算函数；根据所述绳长计算函数，获得线性关系函数式；所述线性关系函数式用于表示所述冗余绳索的长度与待标定参数向量变化量的线型关系；通过牛顿
‑
拉夫森法，对所述线性关系函数式进行迭代求解，更新待标定参数
。2.
根据权利要求1所述的绳驱蛇形机械臂的参数自标定方法，其特征在于，所述采用雅可比矩阵映射的方法，根据所述定位绳索，确定每个所述绳驱关节的关节角度这一步骤，具体包括：获取所述驱动绳索的总长度公式；对所述总长度公式进行差分运算，获得总长度
‑
关节角度方程；通过电机编码器获取所述定位绳索在各段所述绳驱关节中的长度，采用牛顿
‑
拉夫森法，对所述总长度
‑
关节角度方程进行数值求解，确定所述关节角度
。3.
根据权利要求1所述的绳驱蛇形机械臂的参数自标定方法，其特征在于，所述引入运动学修正模型和运动学误差模型，根据所述绳孔位置向量式以及所述关节角度，获得所述绳驱关节中所述驱动绳索的绳长计算函数这一步骤，具体包括：根据所述绳孔位置向量式，通过运动学修正模型，对所述驱动绳索在所述绳驱关节中的长度进行修正，获得绳索长度公式；根据所述绳索长度公式以及所述关节角度，引入运动学误差模型，确定所述绳长计算函数；所述绳长计算函数用下式表示：其中，
l
j
，
j
，
k
为第
j
绳索组的第
k
条驱动绳索在第
i
段绳驱关节中的长度，为第
j
绳索组的第
k
条驱动绳索在第
i
段绳驱关节的绳长计算函数，
q
i
表示第
i
段绳驱关节的关节角度，
d
i
表示第
i
段绳驱关节的绳盘间距，
r
i
表示第
i
段绳驱关节的布绳半径，
φ
i
表示第
i
段绳驱关节的扭转角度
。4.
根据权利要求1所述的绳驱蛇形机械臂的参数自标定方法，其特征在于，所述获取所述驱动绳索的总长度公式这一步骤，具体用下式表示：其中，
L
j,k
为第
j
绳索组的第
k
条驱动绳索的总长度，
l
i
，
j
，
k
为第
j
绳索组的第
k
条驱动绳索在第
i
段绳驱关节中的长度，
l0表示连杆段的长度，
f
i
，
j
，
k
(
‑
)
为第
j
绳索组的第
k
条驱动绳索
在第
i
段绳驱关节中的绳长计算函数，
q
2j
‑1,q
2j
为
D
‑
H
坐标系中第
j
绳索组在第
i
段绳驱关节中的关节角度，
i
的取值为1至
j。5.
根据权利要求3所述的绳驱蛇形机械臂的参数自标定方法，其特征在于，所述根据所述绳孔位置向量式，通过运动学修正模型，对所述驱动绳索在所述绳驱关节中的长度进行修正，获得绳索长度公式这一步骤，具体用下式表示：其中，
l
i
，
j
，
k
为第...

【专利技术属性】
技术研发人员：彭键清，陈启瀚，
申请(专利权)人：中山大学，
类型：发明
国别省市：