[发明专利]一种用于机器人参数辨识的空间雅克比矩阵构造方法

说明书

本发明公开了一种用于机器人参数辨识的空间雅克比矩阵构造方法，包括S100:构建机器人运动学模型；S200:基于机器人运动学模型，分析机器人关节微分运动特性，建立微分运动情况下坐标系间的齐次变换矩阵；S300:假设某关节坐标系发生了微分运动，在此基础上建立与该关节对应的虚拟坐标系，并构建二者之间的变换矩阵，进而计算机器人末端相对于基坐标系的实际位姿，与原理论位姿进行比较，获得该关节坐标系的运动量误差导致的机器人末端相对于基坐标系的位姿误差，构造机器人的空间雅克比矩阵。本发明的方法，基于微分变换原理和虚拟坐标系法的机器人空间雅克比矩阵构造方法，具有更低的时间消耗，能够快速构造机器人的空间雅克比矩阵。

技术领域

本发明属于机器人标定技术领域，更具体地，涉及一种用于机器人参数辨识的空间雅克比矩阵构造方法。

背景技术

工业机器人的运动精度对其在生产中的应用可靠性起着至关重要的作用。机器人各连杆的几何参数误差是造成机器人定位误差的最主要环节，主要源自制造和安装过程中连杆实际几何参数与理论参数值之间的偏差，一般被视为系统误差。

对机器人的各连杆几何参数误差进行辨识是提高机器人运动精度的重要手段，参数辨识的主要工作是构建机器人参数误差向机器人末端误差的变换关系，具体分为两步，首先构建机器人参数误差向关节坐标系误差的变换关系G_i，然后构建机器人关节坐标系误差向末端误差的变换关系J_i(即空间雅克比矩阵或物体雅克比矩阵)。得到了机器人参数误差向末端误差的变换关系后通过最小二乘法等方法可求解机器人的参数误差值。现有的构造机器人空间雅克比矩阵的方法中，一般首先构造机器人的物体雅克比矩阵，而后利用二者之间的变换关系构造出空间雅克比矩阵，参数辨识算法的时间消耗比较长，难以适应机器人标定的技术需求。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供一种用于机器人参数辨识的空间雅克比矩阵构造方法，基于微分变换原理和虚拟坐标系法的机器人空间雅克比矩阵构造方法，较传统方法而言具有更低的时间消耗，能够快速构造机器人的空间雅克比矩阵，为实现机器人的参数辨识提供了有利条件。

为了实现上述目的，本发明提供一种用于机器人参数辨识的空间雅克比矩阵构造方法，包括如下步骤：

S100:分析机器人D-H模型中杆长、扭角、偏距和关节角对机器人连杆及关节之间关系的影响，利用平移和旋转算子，计算机器人相邻关节的齐次变换矩阵，构建机器人运动学模型；

S200:基于机器人运动学模型，分析机器人关节微分运动特性，建立微分运动情况下坐标系间的齐次变换矩阵；

S300:假设某关节坐标系发生了微分运动,在此基础上建立与该关节对应的虚拟坐标系，并构建二者之间的变换矩阵，进而计算机器人末端相对于基坐标系的实际位姿，与原理论位姿进行比较，获得该关节坐标系的运动量误差导致的机器人末端相对于基坐标系的位姿误差，构造机器人的空间雅克比矩阵。

进一步地，步骤S200中，所述齐次变换矩阵的建立包括如下具体步骤：

S201：微分运动中平移和转动的幅度较小，所以在微分变换对机器人的角度运算进行近似处理，当关节角很小时sinθ≈θ,cosθ≈1；

S202：机器人关节i-1到关节i做微分旋转运动δ＝[δ_x δ_y δ_z]^T和平移运动d＝[d_xd_y d_z]^T，所述微分旋转运动δ＝[δ_x δ_y δ_z]^T的变换矩阵为：