[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

摘要

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。

主权项

1.一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，其特征在于包括以下步骤：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zi，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xi由坐标系i的原点沿公垂线由i指向i+1；坐标轴yi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：ai＝(aix,aiy,aiz),bi＝(bix,biy,biz)                      (1)步骤三、求取连杆长度ai，关键点坐标求各关节的轴线zi方向向量，记关节轴i，i+1的公垂线为ni＝zi×zi+1，得到连杆长度表达式步骤四、求取连杆扭角αi，sgn()为符号函数，则步骤五、求取连杆夹角θi，记xi轴的矢量为xi＝sgn((ai+1‑ai)·ni)·ni，则步骤六、求取连杆距离di，由于di为沿zi轴从xi‑1移动到xi的距离，首先求出连杆坐标系{i‑1}和{i}的原点坐标Oi‑1和Oi；Oi为关节轴i和关节轴i+1的公垂线和关节轴i的交点，则设Oi＝ai+m1·zi，公垂线与关节轴i+1的交点为Oi'＝ai+1+m2·zi+1，求|Oi‑Oi'|取最小时的m1，代入Oi＝ai+m1·zi解得Oi；根据解出的Oi‑1和Oi的坐标，求得di，步骤七、求取机器人齐次矩阵根据求解的机器人运动学参数，连杆长度a_i、连杆扭角α_i、连杆夹角θ_i以及连杆夹角θ_i，机器人齐次变换矩阵由相邻连杆坐标系间的齐次变换矩阵顺序连乘求得，则其中，p＝[px,py,pz]T为末端坐标系原点在参考坐标系中的坐标，n＝[nx,ny,nz]T、o＝[ox,oy,oz]T、a＝[ax,ay,az]T分别为末端坐标系的x、y、z轴在参考坐标系中的单位矢量；步骤八、求取机器人齐次矩阵与实际机器人齐次矩阵之间的误差，用位置误差A和姿态误差B表征，则姿态误差B用通用旋转变换的方法来描述，对应的姿态绕着一单位矢量f旋转β到达另一姿态，旋转角β即为姿态误差，记通用旋转变换矩阵为Rot(f,β)