機械臂運動學參數分離辨識方法
2023-04-28 19:20:06 1
專利名稱：機械臂運動學參數分離辨識方法
技術領域：
本發明涉及機器人標定領域，尤其涉及一種將姿態參數和位置參數分離辨識的機械臂運動學參數辨識方法。
背景技術：
機器人參數辨識是提高精度的重要手段，對於機器人離線編程和視覺引導下操作的成功具有重要的意義。機器人各連杆的幾何參數誤差是造成機器人定位誤差的最主要環節，它主要是由於製造和安裝過程中產生的連杆實際幾何參數與名義參數值之間的偏差造成的，一般被視為系統誤差。此外，一些影響因素如環境、機械變形被視為隨機誤差。所謂辨識就是運用先進的測量手段和適當的參數識別方法辨識出機器人模型的準確參數，從而提高機器人精度的過程。目前，對機器人運動學參數的辨識，國內外進行了大量的研究。通常採用的方法是先建立適當的運動學誤差模型，然後精確測量幾組位姿，最後獲得實際模型參數並運用正向運動學求解實際位姿。
發明內容
本發明的目的是針對目前運動學標定方法的不足提供一種參數分離辨識方法，該方法操作簡單且精度大大提高。其技術解決方案包括如下步驟(1)利用雷射跟蹤儀建立基坐標系Σ B和末端坐標系Σ τ。將三靶球與末端執行器固連，採用三點不共線布點結構建立輔助坐標系Σ F。利用坐標系之間的轉化關係，求得末端坐標系Σ τ在基坐標系Σ B下的姿態矩陣R。根據姿態矩陣R和所建立的姿態參數誤差模型，對姿態參數進行標定。(2)利用實測的末端執行器位置和辨識好的姿態參數對分離後的位置參數進行辨識，最終實現機械臂運動學參數辨識。本發明的優點是(1)通過將末端執行器齊次變換矩陣中的姿態矩陣和位置向量進行分離，有效防止了數量級較小的姿態誤差被數量級較大的位置誤差淹沒。(2)提出一種無需計入關節位置誤差的機械臂D-H參數辨識方法，避免關節位置測量誤差的同時，保證了齊次變換矩陣誤差補償的高精度特徵。(3)利用雷射跟蹤儀，採用三點不共線布點結構建立靶座輔助坐標系求得末端執行器在基系下的姿態矩陣，克服了傳統等腰三角形布點結構的局限性。
圖1是機器人運動學參數辨識流程圖。圖2是姿態測量中各坐標系之間關係。
0J 二 0TH …「J =(2)建立誤差模型齊次坐標變換矩陣主要有旋轉矩陣R和平移向量P組成。其中，旋轉矩陣R是 {α，θ，β}的函數，平移向量P是{α，θ , β , a, d}的函數。關節旋轉角度θ所帶來的誤差對於機械臂末端位姿精度影響巨大，但該類誤差通常受伺服特性和外部擾動的影響而難以確定。因此，在建立誤差模型時將θ排除在外，通過補償{>，β , a, d}來彌補θ所帶來的關節誤差。本發明主體思路為首先利用旋轉矩陣R建立的姿態誤差模型對{ α，β }兩組參數進行標定，再利用辨識好的，β}和位置誤差模型對{a，d}進行標定，從而分兩步將機器人D-H參數誤差進行辨識。建立姿態誤差模型設σ ζ、ζ y、Yx分別代表末端參考系繞基座坐標系相應軸的轉角，根據旋轉矩陣與歐拉角之間的轉化公式可得
γ 二 Atan2(-nz，^jnx2+ny2)] σΖ 二 Atan2{ny ,nx)(3)
yx=Atan2(oz,a)
具體實施例方式(1)修正D-H模型經典的D-H模型中相鄰兩軸平行或接近平行時存在奇異點，在此基礎上增加一項繞y軸旋轉β角度的變換，以克服奇異點問題，修正好的坐標變換矩陣為
權利要求
1.通過將末端執行器齊次變換矩陣中的姿態矩陣和位置向量進行分離，分別建立姿態誤差模型和位置誤差模型，將運動學參數分離辨識，有效防止了數量級較小的姿態誤差被數量級較大的位置誤差淹沒。
2.提出一種無需計入關節位置誤差的機械臂D-H參數辨識方法，在建立誤差模型時將 θ排除在外，通過補償{>，β，a，d}來彌補θ所帶來的關節誤差，避免關節位置測量誤差的同時，保證了齊次變換矩陣誤差補償的高精度特徵。
3.利用雷射跟蹤儀建立基坐標系和與末端執行器固連的末端坐標系，並採用三點不共線布點結構建立靶座輔助坐標系，利用三個坐標系之間的旋轉關係求得末端執行器在基系下的姿態矩陣，克服了傳統等腰三角形布點結構的局限性。
全文摘要
基於雷射跟蹤儀位置測量原理和機械臂微分運動原理，通過將末端執行器齊次變換矩陣中的姿態矩陣和位置向量進行分離，提出一種無需計入關節位置誤差的機械臂D-H參數辨識方法。首先，通過測得末端執行器在基系下的姿態矩陣對姿態參數進行辨識；然後，利用辨識好的姿態參數和實測的末端位置對分離後的位置參數進行辨識；最終實現機械臂運動學參數辨識。
文檔編號G06T7/20GK102314690SQ20111015000
公開日2012年1月11日 申請日期2011年6月7日 優先權日2011年6月7日
發明者孫漢旭, 張巖, 朱寧寧, 賈慶軒, 陳鋼 申請人:北京郵電大學