[发明专利]一种工程机械臂的在线标定方法

说明书

本发明公开了一种工程机械臂的在线标定方法，该方法包括：标靶安装步骤，将至少三个标靶安装在所述工程机械臂的末端，使这至少三个标靶与该机械臂臂架的中轴线的设定点成预定位置关系；机械臂末端位姿计算步骤，获取所述至少三个标靶的位置信息、所述标靶的结构尺寸参数和安装尺寸参数、以及机械臂各关节的运动量值，利用所述预定位置关系和预设的理想运动学模型，计算得到该机械臂末端的位姿实测值和理论值；模型修正步骤，对比该机械臂末端的位姿实测值和理论值，根据对比结果结合预先构建的误差模型来修正所述理想运动学模型，得到修正后的运动学模型。该方法提高标定效率和运动学模型的准确性，改善施工质量。

技术领域

本发明涉及工程机械领域，尤其涉及一种工程机械臂的在线标定方法。

背景技术

利用激光跟踪仪的标定方法应用在离线标定系统中时，激光跟踪仪一般安装在机械臂前方，而靶球安装在机械臂末端，以保证激光跟踪仪能时刻检测到靶球位置。而进行在线标定机械臂工作时，大多是将激光跟踪仪架设在地上，且对激光跟踪仪的架设位置的选择有一定的要求，以保证靶球不被遮挡，因此每次进行标定时，都需人工对激光跟踪仪进行重新安装以及设站，测量标定效率较低。

发明内容

本发明所要解决的技术问题之一是需要提供一种适用于在线标定的且标定效率高、准确度较好的工程机械臂标定方法。

为了解决上述技术问题，本申请的实施例首先提供了一种工程机械臂的在线标定方法，该方法包括：标靶安装步骤，将至少三个标靶安装在所述工程机械臂的末端，使这至少三个标靶与该机械臂臂架的中轴线的设定点成预定位置关系；机械臂末端位姿计算步骤，获取所述至少三个标靶的位置信息、所述标靶的结构尺寸参数和安装尺寸参数、以及机械臂各关节的运动量值，利用所述预定位置关系和预设的理想运动学模型，计算得到该机械臂末端的位姿实测值和理论值；模型修正步骤，对比该机械臂末端的位姿实测值和理论值，根据对比结果结合预先构建的误差模型来修正所述理想运动学模型，得到修正后的运动学模型。

优选地，还包括：根据所述机械臂结构中的臂架连杆DH几何参数来构建误差模型。

优选地，在安装三个标靶时，所述预定位置关系为三个标靶以机械臂臂架的中轴线为中心，相邻两标靶与中轴线上的设定点之间连线彼此相差设定角度。

优选地，在所述机械臂末端位姿计算步骤中，包括如下步骤：实测姿态计算步骤，确定标靶坐标系相对于末端臂架坐标系的第一姿态矩阵，以及所述标靶坐标系相对于机械臂载体坐标系的第二姿态矩阵，根据第一姿态矩阵和第二姿态矩阵确定末端臂架坐标系相对于机械臂载体坐标系的姿态矩阵，从而得到该机械臂末端的姿态信息。

优选地，在所述机械臂末端位姿计算步骤中，还包括如下步骤：实测位置计算步骤，根据标靶的结构尺寸参数以及安装尺寸参数，分别获取机械臂中轴线上的设定点和末端臂架关节中心点的距离以及该设定点在机械臂载体坐标系下的坐标，进而获取末端臂架关节中心点在机械臂载体坐标系下的坐标。

优选地，在实测姿态计算步骤中，根据三个标靶在机械臂载体坐标系下的坐标以及标靶坐标系与三个标靶之间的位置关系可求得所述第一姿态矩阵；根据获取的所述至少三个标靶的位置信息以及这至少三个标靶与该机械臂臂架的中轴线的设定点构成预定位置关系确定所述第二姿态矩阵。

优选地，在所述机械臂末端位姿计算步骤中，还包括如下步骤：理论值计算步骤，将获取的机械臂各关节的运动量值代入所述理想运动学模型中，求得机械臂末端在理想状态下的位置和姿态。

优选地，还包括：工况变化判断步骤，判断机械臂载体的工况是否发生变化，若发生变化，则将当前修正后的运动学模型作为理想运动学模型，并重新执行机械臂末端位姿计算步骤和模型修正步骤。

优选地，根据实际施工强度设定一个标定周期，每经过一个标定周期对机械臂进行一次重新标定。