[发明专利]基于空间向量法的工业机器人运动学参数获取及校验方法

说明书

本发明公开了一种基于空间向量法的工业机器人运动学参数获取及校验方法，用于解决现有工业机器人运动学参数获取方法实用性差的技术问题。技术方案是从工业机器人的3D模型中提取关键点坐标，利用空间向量法求解得到工业机器人DH参数，对所得到的DH参数进行校验。由于利用工业机器人厂商提供的机器人3D模型求解机器人运动学参数，无需任何硬件设备及相关成本，同时不要求操作人员掌握专业的运动学参数标定方法，利用3D建模软件即可求得机器人运动学参数，减少了传统标定方法的时空复杂度，硬件成本低，实用性好。

技术领域

本发明属于机器人运动控制领域，具体涉及一种基于空间向量法的工业机器人运动学参数获取及校验方法。

背景技术

目前工业机器人得到了广泛的应用，在机器人的运动控制中，机器人运动学参数的获取是研究机器人控制及运动的基础。一般而言，厂商不会提供机器人的DH参数，这使得工业机器人在实际使用时存在着一些限制。文献“机器人学(第三版)，清华大学出版社，2016.3，p35-74”给出了一种通用的机器人连杆坐标系及参数定义方法，用于描述机器人各关节间的运动关系，该方法于1955年Denavit和Hartenberg首次提出，被称为DH参数法，该方法或者其改进方法在机器人研究中得到了广泛的应用。

文献“申请公布号CN102445923A”公开了一种工业机器人运动学参数快速低成本标定装置及其方法，包括2个及以上位置敏感器件PSD、信号处理电路、信号采集卡、可充电电池、无线数字通讯传输及接收卡、工业控制计算机、基于两个位置关系已知的PSD作为反馈器件，以不同姿态的激光束多次分别投射在两个PSD表面中心点，建立约束优化目标函数能够标定工业机器人的运动学参数，主要包含杆件长度、杆件扭角、关节长度以及关节转角零位。文献所描述的方法需要一整套的硬件设备及对标定场地有着一定要求，同时需要具备专业技术知识人员才能加以操作。对于大多数的教学或者简单研究，特别是非精细加工操作场景使用中，成本较大，同时随着桌面级和消费级的工业机器人的推广，机器人的采购成本大大下降，对于个人购买者而言，文献方法显得复杂且昂贵。

发明内容

为了克服现有工业机器人运动学参数获取方法实用性差的不足，本发明提供一种基于空间向量法的工业机器人运动学参数获取及校验方法。该方法从工业机器人的3D模型中提取关键点坐标，利用空间向量法求解得到工业机器人DH参数，对所得到的DH参数进行校验。由于利用工业机器人厂商提供的机器人3D模型求解机器人运动学参数，无需任何硬件设备及相关成本，同时不要求操作人员掌握专业的运动学参数标定方法，利用3D建模软件即可求得机器人运动学参数，减少了传统标定方法的时空复杂度，硬件成本低，实用性好。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案：一种基于空间向量法的工业机器人运动学参数获取及校验方法，其特点是包括以下步骤：

步骤一、建立机器人各关节轴连杆的坐标系，并画出它们的延长线，在关节i上，沿轴线建立坐标轴z_i，正方向任意；做关节轴i和关节轴i+1的公垂线，公垂线与轴线交点为第i个坐标系原点，坐标轴x_i由坐标系i的原点沿公垂线由i指向i+1；坐标轴y_i根据右手法则确定。

步骤二、借助3D建模软件从工业机器人的3D模型中的每一个关节轴上各获取两个点的坐标，利用3D建模软件捕获关节轴的截面圆圆心来获得。每个关节轴上所提取两个点作为关键点，沿着机械臂基座到末端的顺序分别记为：

a_i＝(a_ix,a_iy,a_iz),b_i＝(b_ix,b_iy,b_iz) (1)