[发明专利]一种机械臂运动学参数标定构型优化方法

说明书

本发明实施例提供了一种机械臂运动学参数标定构型优化方法，包括：机械臂运动学参数辨识通式的建立，以及基于MDH运动学模型获得辨识雅可比矩阵；依据所述辨识雅可比矩阵，基于奇异值分解获得构型组可观指数计算值；依据所述可观指数计算值，针对标定构型优化具体问题获得优化模型参数取值；依据所述优化模型，获得优化后的标定构型组。根据本发明实施例提供的机械臂运动学参数标定构型优化方法，可以获得可观指数最大化的标定构型组，提高运动学参数标定精度。

【技术领域】

本发明涉及机械臂领域，尤其是一种机械臂运动学参数标定构型优化方法。

【技术背景】

随着技术的发展，机械臂在深空探测、医疗服务、抢险救援等领域发挥着越来越重要作用，尤其是在许多作业环境危险复杂、操作精度要求高的任务中，机械臂常常替代或者辅助人类完成相应的工作。由于机械臂的制造装配引入的装配误差、臂杆和关节的柔性变形引入的柔性误差、机械臂作业环境的温度变化引入的热变形误差等的存在，导致机械臂运动学参数的实际值会与名义值之间产生一定的偏差。如果在实际应用中仍采用名义运动学参数对机械臂进行控制则会降低机械臂操作精度、影响任务完成质量。

运动学参数标定是一种有效提高机械臂操作精度的手段，利用运动学参数标定可以获得机械臂运动学参数的实际值，实现机械臂的精准控制。运动学参数标定需要一定数量的机械臂构型组及其末端位姿作为输入，标定构型组通常是在机械臂工作空间内随机生成的。然而，随机生成的构型组往往对工作空间的覆盖性较差，且无法保证该构型组内的所有构型均对机械臂的运动学参数误差具有良好的观测性，进而影响到运动学参数标定的效果。因此，如何评价标定构型组质量并实现标定构型组的优化具有重要的理论研究价值。

【发明内容】

有鉴于此，本发明实施例提供了一种基于粒子群算法的机械臂运动学参数标定构型优化方法，以获得质量最优标定构型组，以提高机械臂运动学参数标定精度。

1、本发明实施例提供的机械臂运动学参数标定构型优化方法包括：

基于机械臂MDH运动学模型获得辨识雅可比矩阵；

依据所述辨识雅可比矩阵，基于奇异值分解获得构型组可观指数；

依据所述可观指数，面向标定构型优化具体问题获得优化模型参数取值；

依据所述优化模型，获得优化后的标定构型组。

2、根据发明内容1所述的方法，其特征在于，所述基于机械臂MDH运动学模型获得辨识雅可比矩阵为：

其中，为单构型下的运动学参数辨识雅可比矩阵；为m组构型下的运动学参数辨识雅可比矩阵；为机械臂末端位姿误差向量，d_x、d_y、d_z、δ_x、δ_y、δ_z分别为机械臂末端在三个坐标轴方向上的位置误差与姿态误差；为第i个关节坐标系的运动学参数误差向量(i＝1,2,…n)，Δα_i、Δa_i、Δθ_i、Δd_i、Δβ_i分别为用于描述机械臂连杆坐标系间相对关系的运动学参数α_i、a_i、θ_i、d_i、β_i的误差；m为机械臂构型组数；n为机械臂自由度数。

3、根据发明内容1所述的方法，其特征在于，所述可观指数计算公式为：