[发明专利]一种基于十字型杆件的工业机器人简易标定方法

摘要

本发明是一种简易的机器人结构参数标定方法，无需昂贵的测量仪器即可实现机器人的标定。整体的标定过程分为建模，测量，参数辨识，误差补偿。具体有：根据DH方法建立运动学模型和误差模型；采用十字型刚体杆件作为测量仪器，驱动机器人末端到达十字杆件的四个端点ABCD，记录示教器读数；按照ABCD所服从的几何约束列出方程组，代入测量数据建立Ax＝b形式的方程组；分析系数矩阵A的形式，选取出能够辨识的结构参数；分两个阶段进行参数辨识，第一阶段只求Δθ和Δα，第二阶段再求Δd和Δa；根据系数矩阵A的条件数，选取最优测量数据；采用最小二乘法解超定方程组；将解得的结构参数误差代入到运动学模型中，对运动学模型进行修正，实现末端位姿的误差补偿。

主权项

1.一种基于十字型杆件的工业机器人简易标定方法，其特征在于，包括以下步骤：根据DH方法建立运动学模型和误差模型；采用十字型刚体杆件作为测量仪器，驱动机器人末端到达十字杆件的四个端点ABCD，记录示教器读数；按照ABCD所服从的几何约束列出方程组，代入测量数据建立Ax＝b形式的方程组；分析系数矩阵A的形式，选取出能够辨识的结构参数；分两个阶段进行参数辨识：第一阶段求Δθ和Δα，第二阶段求Δd和Δa；根据系数矩阵A的条件数，选取最优测量数据后按照最小二乘法求解方程组；将解得的结构参数误差代入到运动学模型中，对运动学模型进行修正，实现末端位姿的误差补偿；所述采用十字型刚体杆件作为测量仪器，驱动机器人末端到达十字杆件的四个端点ABCD，记录示教器读数，具体为：在机器人末端加装一个长度为l的探针，用于在测量中插入到十字杆件的标准孔中；将十字杆件放置在机器人工作空间范围内，驱动机器人达到杆件的ABCD四点，使末端加装的探针探头密切贴合ABCD四个凹槽；记录探头处于ABCD四个点时示教器上的读数；调整十字杆件的位姿，重复上述操作；所述按照ABCD所服从的几何约束列出方程组，代入测量数据建立Ax＝b形式的方程组，具体为：根据运动学模型以及误差模型，建立起理论位置到实际位置之间的联系：Pr＝P+JΔx其中，Pr为实际位置，P为理论位置，J为雅可比矩阵，Δx为结构参数误差；根据所使用的十字型杆件所服从的几何原理L＝|AC|＝|BD|,联系上式得f是机器人的理论位置读数，J是处于该位置时的雅可比矩阵，可由关节读数θ计算出，L是已知的刚体杆件长度；从而该方程组最终可以化为Ax＝b的形式；所述分析系数矩阵A的形式，选取出能够辨识的结构参数，具体为：将A中全部为0的列对应的结构参数变量去掉；对于线性相关的列对应的变量，每次辨识只选择其中一个；通过多次辨识，将线性相关的列对应的结构参数全部辨识出来；所述分两个阶段进行参数辨识：第一阶段求Δθ和Δα，第二阶段求Δd和Δa，具体为：求解方程组时，先只求Δθ和Δα，此时方程组中d和a的值都取为名义值；将解得的Δθ和Δα代入方程组，将Δd和Δa作为未知量，重新求解方程组；上述两个过程均采用迭代的方式求解，即每辨识出一组参数，就修正运动学模型，重新计算ΔP，直到ΔP满足一定的精度时迭代停止。