[发明专利]一种空间机械臂几何参数标定方法

说明书

一种空间机械臂几何参数标定方法，属于机械臂几何参数标定技术领域。解决了如何提供一种空间机械臂几何参数标定方法，以降低大型柔性空间机械臂几何参数标定的复杂性，提高大型柔性空间机械臂几何参数的标定精度的问题。该标定方法在关节装配阶段进行关节端面坐标系的精确测量设定，并通过三个与关节的运动部件固连的靶座对关节端面坐标系进行固连跟踪，在机械臂整臂组装完成之后需要进行机械臂几何参数标定时，根据关节上的三个靶座对各个关节端面的坐标系进行恢复重建，从而实现空间机械臂的几何参数标定，该标定方法可以在地面重力卸载系统约束下，简单、快速、高精度完成机械臂的标定，为空间在轨标定提供数据依据。

技术领域

本发明属于机械臂几何参数标定领域，具体涉及的一种空间机械臂几何参数标定方法，尤其是适用于空间大型柔性机械臂的几何参数的标定。

背景技术

机械臂是一种自动化机械装置，其能够接受指令，精确地定位到三维(或二维)空间上的某一点进行作业。在工业制造、医学治疗、娱乐服务、军事、半导体制造以及太空探索等领域具有广泛应用。

机械臂几何参数的标定直接影响机械臂的绝对位姿控制精度，是研制机械臂过程中一关键技术环节。对于体积小、重量轻、对末端绝对定位精度要求不高的机械臂，可以将整个机械臂作为刚性体处理，在参数标定中也可以边组装边测量，或者运用逆运动学的方法记录机械臂在空间中多个特定位姿，反推几何参数。但是太空应用的大型搬运机械臂，由于末端绝对位姿定位精度要求高、体积尺寸大、在地面测量中需要重力卸载系统配合并且难于在地面进行三维空间运动等原因，导致其几何参数标定非常困难、耗时而且标定精度不够理想。

现有技术中，尚没有能够简单、快捷、准确的标定空间大型柔性机械臂的几何参数的方法。

发明内容

本发明的目的在于提供一种空间机械臂几何参数标定方法，以降低大型柔性空间机械臂几何参数标定的复杂性，提高大型柔性空间机械臂几何参数的标定精度。

一种空间机械臂几何参数标定方法，包括以下步骤：

步骤一、在机械臂的每个关节的运动部件的侧面加工三个靶座端面，三个靶座端面的中心位于三角形的三个顶点上，且在空间某个方位同时可见，每个靶座端面上固定有一个靶座，三个靶座依次按顺序编号，完成后，得到多个固定有靶座的关节；

步骤二、分别建立每个固定有靶座的关节的关节端面坐标系，每个固定有靶座的关节的关节端面坐标系的建立过程为：

将激光双频干涉仪和固定有靶座的关节放置在测试平台上，且保持激光双频干涉仪和固定有靶座的关节的空间位置关系固定不变，将测量靶球放置在固定有靶座的关节的任意一个靶座上，然后让关节通电自由转动，用激光双频干涉仪测量在运动过程中测量靶球的空间位置，用激光双频干涉仪处理软件拟合测试靶球运动的圆心和圆周平面，设定该圆心为关节端面坐标系的原点，设定该圆周平面为关节端面坐标系的xy平面，用激光双频干涉仪测量关节臂杆基座的轴线，设定关节臂杆基座的轴线在圆周平面的投影并与关节臂杆基座伸出方向一致的方向为关节端面坐标系的x方向；

步骤三、分别测定每个固定有靶座的关节的关节端面坐标系与该固定有靶座的关节的三个靶座的位置关系，每个固定有靶座的关节的关节端面坐标系与该固定有靶座的关节的三个靶座的位置关系的测定过程为：

保持步骤二建立关节端面坐标系时，激光双频干涉仪与固定有靶座的关节的位置关系不变，将测量靶球分别按靶座编号顺序依次放置在固定有靶座的关节的三个靶座上，以关节端面坐标系为工作坐标系，按顺序记录三个靶座的空间位置数据，得到关节端面坐标系与三个靶座的空间位置固连关系；