[发明专利]一种工业机器人简易标定方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种机器人标定技术，具体的说是一种工业机器人简易标定方法。

背景技术

机器人标定是离线编程技术实用化的关键技术之一，所谓标定就是应用先进测量手段或几何约束等并且基于模型的参数辨识方法辨识出准确的机器人模型参数，从而提高机器人绝对精度的过程。

在标定过程中，测量手段是一个极其重要的因素。国内外从80年代就开始了研究工作，形成了多种方法，主要有两大类：一是高精度测量系统进行测量，然后采用数学方法进行校正；二是机器人自校正技术。机器人自标定通常有两类一是末端加一个冗余传感器收集数据，二是在末端加一些运动约束，使机器人末端达到特定位置。用于机器人静态精度标定的测量系统包括双经纬仪位姿测量系统、三坐标机及多杆随动测量系统。用于机器人动态精度标定的系统主要有激光跟踪系、CCD交互测量系统、超声波测量系统、位置测量系统和带有接近传感器的测量系统。成本高和测量手段繁琐是这些系统存在的主要问题。Giovanni等人提出一种对5自由度关节型机器人校正的方法，首先用高精度机床加工一个具有81个孔的样规，然后在5自由度机器人末端安装一个圆棒，并引导圆棒插入样规中的特定孔，记录此时的码盘值，经过运动学正解得到机器人末端位姿的名义解与空间已知的位姿相比较，得到误差从而对机器人进行标定。标定后最大误差从8.802mm下降到0.891mm，平均误差从4.702mm下降到0.232mm。

一般工业机器人的重复定位精度比较好，定位精度比较差。

发明内容

针对现有技术中存在的上述不足之处，为了使定位精度有实际应用的要求，本发明要解决的技术问题是提供一种实用、操作方便、低成本的工业机器人简易标定方法。

本发明采用的技术方案是：

本发明工业机器人简易标定方法包括以下步骤：

建立工业机器人运动学模型，利用工业机器人标定前的参数求机器人运动学位姿传递矩阵；

在机器人运动学位姿传递矩阵中提取机器人末端位置分量，利用位置分量的全微分形式计算误差传递矩阵；

操作机器人末端夹具接触预先放置在机器人工作空间的标准正方体的四个侧楞，读取机器人各关节码盘数，利用误差传递矩阵计算含有待辨识参数的位置坐标；

改变标准正方体在机器人工作空间的位姿，操作机器人末端夹具接触其四个侧楞，再次读取机器人各关节码盘数，计算含有待辨识参数的位置坐标，重复该步骤多次；

利用机器人末端夹具在接触标准正方体四个侧楞时夹具中心点形成的相邻边垂直的几何约束，列出含有辨识参数的位置坐标矩阵方程，整理成Ax＝b的形式；其中，A为矩阵形式，x为含有辨识参数的列向量，b为列向量；

判断A是否奇异？

如A不奇异，则求解待辨识参数，并利用辨识结果修正原有参数。

如A奇异，则返回改变标准正方体在机器人工作空间的位姿，重新接触标准正方体侧楞步骤。

判断位置误差是否满足要求，如满足要求，则结束本次标定过程。

如果位置误差不满足要求，则返回改变标准正方体在机器人工作空间的位姿，重新接触标准正方体侧楞步骤。

所述建立工业机器人运动学模型过程如下：

将一个保持垂直的末端夹具安装在机器人末端，成为机器人第六个自由度的外延；

计算出固定夹具后的机器人末端中心相对基坐标系的位姿传递矩阵，关系如下式：

R＝f(P，q)；

其中R为末端位姿，f为位姿传递函数，P为机器人几何参数，q为机器人关节变量；

提取R中位置分量p，求全微分得到误差传递矩阵.其中误差模型采用改进DH法，加入绕Y轴的分量。

用机器人末端夹具接触预先放置在机器人工作空间的标准正方体四个侧楞为：固定标准正方体到某一位置，机器人夹具以不同位姿夹持标准正方体的四个侧棱，标准正方体要保证侧面的光滑度和侧楞高度一致性。

机器人末端夹具具有两垂直面，两垂直面相交处和正方体侧楞处开有相互配合的倒角。

本发明具有以下有益效果及优点：

1.本发明相对标准孔法，操作方便实用，相对传统平面法，舍弃拟合平面参数的过程，运算上较简单，且高阶项可以在需要时进行详细分析，达到更高精度。

2.相对直接标定和手眼标定法，不用购买高精度激光仪和摄像机等高精度设备，成本较低。

3.反复迭代验证可以使机器人达到满意的定位精度，改善现有标定技术，使机器人定位精度和重复定位精度一样实用，对机器人离线编成，和更广泛灵活应用有重要意义。

附图说明