[发明专利]一种考虑参数耦合的工业机器人标定方法

说明书

一种考虑参数耦合的工业机器人标定方法，该标定方法所建立的参数辨识模型考虑了运动学参数之间的耦合关系，适用于具有耦合关节的工业机器人的标定，并且模型考虑了参数在机器人控制器中的可补偿性，参数误差的补偿方便，有利于标定方法的工程应用；该标定方法采用独立于工业机器人的测量设备，并提出了近似求解机器人基础坐标系相对测量系统坐标系的位姿矩阵的方法，标定方法操作简单；该标定方法可以考虑待辨识参数间的耦合关系，适用于具有耦合关节的机器人、操作步骤简单、参数误差补偿方便，适于工程应用。

技术领域

本发明涉及一种工业机器人标定方法。特别是涉及一种考虑参数耦合的工业机器人标定方法。

背景技术

重复定位精度和绝对定位精度是工业机器人最重要的性能指标，特别是随着应用领域的不断拓展以及离线编程技术的普及应用，对工业机器人的绝对定位精度提出更高的要求。目前的工业机器人重复定位精度都比较高，但是绝对定位精度却很低，并且每台机器人的差别较大。研究表明，当具有较高重复定位精度，标定技术可以有效提高机器人的绝对定位精度。标定技术已经成为机器人领域的研究热点；产品出厂前，生产商也会对机器人进行标定。

机器人标定是指采用先进的测量设备和基于模型的参数辨识方法辨识出机器人模型的准确参数，从而补偿定位误差的过程，它包括：建模、测量、辨识和补偿四个步骤。现有标定方法所建立的参数辨识模型主要针对一般串联工业机器人，不考虑几何参数之间的耦合关系，不适于具有耦合关节的机器人的标定；同时，模型不考虑参数在控制器中是否可以直接修改补偿，几何参数误差的补偿需要修改机器人的控制模型，不利于标定方法的工程应用；最后，数据测量一般要借助激光跟踪仪、三坐标测量机、球杆仪等外部测量仪器，涉及机器人基础坐标系相对测量系统坐标系位姿的测量或计算，通常需要额外的针对机器人第一和第二关节轴线的测量，标定方法相对复杂。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，提供一种适用于具有耦合关节的工业机器人标定的一种考虑参数耦合的工业机器人标定方法。

本发明所采用的技术方案是：一种考虑参数耦合的工业机器人标定方法，其特征在于，包括如下步骤：

1)提供一种具有参数耦合的工业机器人、独立于工业机器人的测量设备和一种末端标定工具；

2)在测量设备上建立世界坐标系，并表示为{W}，在末端标定工具上建立工具坐标系，并表示为{T}，根据D-H参数法建立工业机器人的连杆坐标系{S_i}，根据齐次变换矩阵法得到工具坐标系在世界坐标系下的名义位姿矩阵为：

其中，表示机器人基础坐标系{S₀}相对世界坐标系的位姿，表示末端连杆标系{S₇}相对工具坐标系的位姿，表示连杆标系{S_i-1}相对连杆坐标系{S_i}的位姿，和分别是和η_i＝(θ_i,d_i,α_i,a_i)^T的函数，并且都表现为4×4的矩阵，其中θ_i、d_i、α_i和a_i分别称为关节转角、关节偏距、连杆扭角和连杆长度，x_k、y_k和z_k表示相对位置参数k＝W,T，α_k、β_k和表示相对姿态参数k＝W,T；

3)定义误差向量δη＝(δη_W；δη_T；δη₁；δη₂；...δη₇)表示工业机器人运动学参数的名义值和实际值之间的偏差，其中δη_W、δη_T和δη_i分别表示基础坐标系、工具坐标系和连杆坐标系参数误差向量；工具坐标系在世界坐标系下的实际位姿矩阵为：