運動學校準方法

2023-05-10 08:33:31

運動學校準方法
【專利摘要】本發明涉及一種對並聯和串聯機器人運動學校準的方法，運動學未構造成專門用於實現可能的最大精度。為此，提出一種方法，其包括如下步驟：沿著預定數量的第一配置向量移動運動學，其中，將控制函數應用於所述配置向量；測量作為移動結果的運動學姿勢；識別第二配置向量，所述第二配置向量通過應用所述控制函數而產生了所測量的姿勢；過對第一配置向量及相關的第二配置向量的一部分進行評估而確定第一配置向量至少一部分的校正值；通過評估校正值而確定用於轉換配置空間的函數；及通過持續首先執行用於轉換配置空間的函數及此後執行控制函數而確定校準後的控制函數。
【專利說明】運動學校準方法
[0001]【介紹】
[0002]本發明涉及一種運動學校準方法和結構，並且涉及一種對應的計算器程序和對應的計算機可讀存儲介質，其特別可用於將校準擴展到並未特別設計成用於實現最大精度的並聯和串聯機器人運動學中。關鍵術語定義如下。
[0003]與機器人運動學的定位精度相關的製造商信息涉及一般的誤差估計及各種姿勢中的定位偏差測量值。
[0004]在許多機器人運動學中，到目前為止，可靠描述誤差測量值(比如標準偏差)尚不切實際。這些誤差測量值將必須有應用到所有可行的姿勢中。這些誤差估計可以出現在坐標測量機的特定情況中。然而，設計這些機器時已經考慮了誤差估計。
[0005]因為到目前為止，在許多運動學中確定整個工作空間的定位精度及對數據校驗實際上行不通，這些數據沒有提到可靠地描述誤差測量值的明確誤差界限。因此需要坐標測量機的特定情況下普遍存在的精度信息。當然，坐標測量機也設計成能夠對誤差進行估計。
[0006] 推薦一種新穎的方法來測量基於配置空間的「映射(map)」而生成的點位處的定位誤差。由於配置空間具有特別簡單的形狀，通常為立方體形狀，因此容易在該空間內實現測量點位的均勻分布。配置空間內測量點位的均勻分布導致在工作空間內也均勻分布。這是運動學設計的構造及功能要求所產生的結果，在此，假定姿勢的微小變化由配置空間內的微小變化引起，並且另一方面，配置空間內的微小變化僅僅導致工作空間內的微小變化。
[0007]根據本方法進行的補償，獲得了大量姿勢，其中，完全消除了姿勢中的誤差，除了可以忽略的殘留誤差之外。通過基於幾何參數預期偏差的誤差估計可以獲得工作空間內剩餘點位的可靠誤差估計。因此，與參數識別比較，本新穎方法適於由公認的政府機構確認姿勢誤差。
[0008]運動學系統的使用開創了全新的應用尤其在機器人技術中的應用，比如醫學技術及微納米技術，所述運動學系統具有證明其精度的「檢驗證書」，並且還由於姿勢誤差補償的原因而具有增強精度，且其清晰地限制了姿勢誤差。
[0009]變換配置空間的方法不僅可用於活動式運動學(機器人)，而且可用於配置成測量姿勢的運動學比如坐標測量機。通過用於變換配置空間的方法同時增強了其精度。
【【背景技術】】
[0010]具有許多校準運動學的方法。許多校準方法及文中提出的方法可用於機器人、機械手及測量裝置例如坐標測量機或工具機的並聯運動學。運動學姿勢誤差補償方法首先指的是運動學本身，但也經常包括周邊元素比如末端執行器、多種配件及適配器。根據現有技術，校準主要基於通過參數識別獲得需要被校準的個體的正確運動學模型而進行，進而對不同的幾何參數的效果進行補償。
[0011]作為配置空間元素功能的運動學姿勢由多個稱為運動學的「運動學模型」的幾何參數來限定。
[0012]尤其是，由於技術生產引起的誤差差異及生產中尺寸誤差有限的原因，相對於由設計指定的運動學模型的幾何參數而言，相同類型的每個個體展示了其幾何參數中的差
巳
[0013]因此，僅僅是基於標稱運動學模型的運動學控制引起姿勢誤差。由於在許多應用中這種姿勢誤差無法忽略，因此需要進行校準測量。
[0014]由於幾何參數偏差是造成大量姿勢誤差的原因，因此實際上姿勢誤差補償測量幾乎完全基於對每個個體的幾何參數進行最精確的識別(「參數識別」)。
[0015]這種識別過程基於將運動學的多個理論計算出的姿勢與通過精確測量確定的那些姿勢進行比較，且比較是從配置空間的相同元素開始的。存在大量與該主題相關的文獻，其也主要設計機器人技術姿勢誤差補償的主題。文中需要提及的例子為:
[0016]機器人校準概覽(IEEEJ.Robotics and Automat ion Vo 1.RA-5N0.5, 1987, pages377 - 385Roth, Z.S.; Mooring, B.ff.; Ravani, B)；
[0017]機械手基礎(Johnffiley&Sons, 1991, Mooring, B.W; Roth, Z.S.;Driel, M.R.)；
[0018]機器人校準(Chapman&Hall,London, 1993, R.Bernhardt and S.Albright);或
[0019]工業機器人尤其是並聯運動學的精度改善(Dissertation, Helmut-Schmidt-University Hamburg.Shaker Verlag, Aachen2005, ISBN3-8322-3681-3, Lukas Beyer)。
[0020]基於參數識別的姿勢誤差補償具有很多缺點。實際上，當前此類問題中的參數識別具有與所確定的參數識別有關的嚴重問題(誤差函數的非凸性，即模糊性、數值不穩定性等)。所確定的參數替換精確構造的運動學模型的構造幾何參數，並且進而降低了運動學組件的製造和安裝精度。
[0021]根據測量數據確定幾何參數存在額外的明顯困難和不確定性。所採用的算法為探索性算法(比如downhill-simplex算法)，結果的可靠性受到大量不確定性的影響，因此原則上結果的精度必須遭到質疑。故此，測量值很小的差異或導致所確定的參數的較大偏差。例如，單個測量姿勢中的姿勢確定中存在的隨機誤差以無法預測的方式影響所確定的參數。因此現有技術不甚滿意及在姿勢誤差補償領域展開大量研究是不足為奇的。
[0022]因此，發明目的是提供一種運動學校準方法和結構，及對應的計算器程序和對應的計算機可讀存儲介質，其消除了上述缺陷並且尤其允許確定各種並聯和串聯機器人運動學的可靠誤差測量。
[0023]通過權利要求1、7_10中引用的發明特徵實現該目的。本發明的有益實施例在從屬權利要求中被引用。
[0024]根據發明的獨特優點，可以較高的精度校正所有可行姿勢的運動學。通過在根據本發明的校準運動學的方法中指定多個定義的致動器位置實現這一點。致動器位置由配置向量定義。配置空間KR的第一向量X對應於致動器位置，其中，第一向量X通過控制函數(也稱為直接運動學DK)映射到姿勢空間PR的姿勢P (X)上，或更精確地為映射到工作空間AR內的姿勢P (X)上。通過應用控制函數來移動姿勢的運動學。一般而言，當控制函數應用於第一向量X時運動學所呈現的姿勢不同於理論上計算出的姿勢P(x)。因此，測量了姿勢，當將控制函數應用於特定數量的致動器位置時，運動學相對於所述姿勢移動。所獲得的數值稱為給第一向量X測量的正運動學GDK(X)。
[0025]每個控制函數DK與逆映射相關，即所謂的逆運動學IK。藉助逆運動學IK，確定了每個姿勢P的特定致動器位置X，當將控制函數應用於向量X時，該致動器位置X引起了姿勢P。現在將該逆運動學IK應用於測量的姿勢gDK(x)。因此計算出配置空間KR的第二向量X』 =IK (gDK (x))，其通常不同於預先定義的第一向量X。
[0026]通過分別評估第一及相關聯的第二向量，確定了配置空間KR的至少一個離散子集(樣集)的對應關聯值。優選地，關聯值為向量關聯值。當第一向量及相關的關聯值在配置空間的離散子集上已知時，優選地通過插值和外推將該關聯值集擴展到整個配置空間的額外元素上，優選地擴展到所有元素上。通過應用相應的關聯值，現在將來自配置空間的第三向量與來自配置空間的這些向量關聯起來。可以將第一向量到第三向量的映射視為配置空間的變換。
[0027]藉助用於變換配置空間的函數定義校準後的控制函數，從而應用用於將變換配置空間變換為來自配置空間的向量X的函數，此後，將控制函數應用於因而獲得的來自配置空間的變換後的向量。更精確地說:當準備採用姿勢P時，通過逆運動學IK確定來自配置空間的向量X=IK (P)，該向量將理論上產生姿勢P。將變換應用於該向量X以便獲得校正後的向量。該變換的映射值，即，通過執行變換獲得的數值也是向量，該向量通常為配置空間的元素。當該數值為配置空間的元素時，將該數值應用於正運動學DK。否則，將會獲得無法實現的字數。因此，校正後的控制函數為用於連續執行對配置空間轉換的函數及執行針對向量X的(原始)控制函數。現在使用校準後的控制函數，而不是(原始)控制函數來控制、移動或指揮運動學。
[0028]根據本發明的優選實施例，由配置空間KR的第一向量X的子集限定的致動器位置很大程度上在配置空間內均勻分布。當致動器在比如一個區間[a，b](其可以為比如平動或轉動區間)內運行時，根據優選實施例，所述區間均勻分割為η個子區間。然後，這些子區間的邊界作為配置空間KR的第一配置向量X的預定分量使用。從而在配置空間KR內產生均勻分布的網格點。根據本發明，將相應的校正值賦予這些點位中的每一個，並且藉助插值或外推通過配置空間KR內離散分布的點位的相關性確定函數，所述函數將校正值賦予配置空間KR的每個點位或向量X，且對配置空間進行。在優選實施例中，通過插值或外推獲得的該函數持續到配置空間內超過所述運動學可以實現的區間的數值。
[0029]由於在測量運動學所採用的姿勢甚至是那些可以確定的姿勢時，其理論上無法通過將控制函數應用於來自致動器區間數值範圍內的向量而獲得，因此在評估控制函數時，工作空間，即運動學可以實現的姿勢集合，與運動學實際採取的姿勢之間產生不同。根據優選實施例，在校準後的控制函數中考慮了不同處。
[0030]根據本發明的另一個優選實施例，利用藉助校正後的配置空間轉換實現的用於運動學姿勢誤差補償的方法獲得了校正後的姿勢。該配置空間的校正轉換的特點在於:從配置空間的有限子集開始，確定該集合的每個元素X的向量校正被加數，並且通過限定範圍的適當擴展而將限定的函數擴展到整個配置空間內，並且通過藉助擴展函數獲得的校正被加數加到配置空間自身的相同自映射上而產生了整個配置空間的校正轉換。通過首先應用逆運動學IK從所需要的姿勢P中獲得配置空間的元素，然後通過將與該元素相關的校正值加到該元素，並且此後指揮該姿勢，而實現了運動學個體的校正姿勢P。因此，姿勢校正的特點在於:為了實現姿勢，執行校正後的逆運動學。
[0031]根據優選實施例，立方體配置空間的樣集作為配置空間預定的第一配置向量(樣集)使用，並且立方體配置空間的校正逆運動學作為校正後的逆運動學使用。立方體配置空間指的是所有工作空間或致動器區間[a(i)，b(i)](i=l，...，DOF)的笛卡爾乘積。應當將立方體元素理解為多維矩形實體。
[0032]有利地，可以將致動器區間[a(i)，b(i)](i=l，...，D0F)細分為進一步的子區間。有利地，可以將致動器區間細分為均等長度的子區間。區間邊界W(j，i)with a⑴=W(0，i)<W(l, i)<W(3, i)...<ff(Q(i),i)=b(i)也稱為區間分段標量。根據優選實施例，致動器區間的區間分段標量不含致動器偏移的至少一些端點，從而使得包含在配置空間內的立方體為正確的配置空間子集。假定校正後的立方體配置空間的逆運動學應用於校正後的逆運動學。通過在不同集合「配置空間/立方體」中外推來獲得校正後的函數。
[0033]根據另一個優選實施例，配置空間可以整體或局部由有限元素覆蓋。因此，有限元素的邊角作為樣集而被測量。
[0034]根據另一個優選實施例，η維單形作為有限元素使用。維數η在此對應於運動學的自由度D0F。如上所述，基於單形的邊緣限定的樣集而確定了該樣集的校正值。然後將這些校正值以重心方式插入個體單形內部或外推。如上所述，基於這些校正值限定了配置空間的轉換，如上所述，校正後的逆運動學基於這些校正值。
[0035]前述方法可以依序執行多次及/或相互結合。可以在配置空間、工作空間或同時在這兩個空間的一些區域內或點位處執行額外的基於誤差映射和補償計算的校正。
[0036]根據本發明的結構具有至少一個晶片和/處理器，並且其配置成執行校準運動學的方法，其中，該方法包括以下步驟:
[0037]根據預定數量的第一配置向量移動運動學，其中，將控制函數應用於所述配置向量;
[0038]測量作為移動結果的運動學姿勢；
[0039]識別第二配置向量，所述第二配置向量通過應用所述控制函數而產生了所測量的姿勢；
[0040]通過對第一配置向量及相關的第二配置向量的一部分進行評估而確定第一配置向量至少一部分的校正值；
[0041]通過評估校正值而確定用於轉換配置空間的函數；及
[0042]通過持續首先執行用於轉換配置空間的函數及此後執行控制函數而確定校準後的控制函數。
[0043]根據本發明的電腦程式能夠在將該電腦程式加載到數據處理裝置的存儲裝置之後，讓數據處理裝置執行運動學校準方法，其中，該方法包括如下步驟:
[0044]根據預定數量的第一配置向量移動運動學，其中，將控制函數應用於所述配置向量;
[0045]測量作為移動結果的運動學姿勢；
[0046]識別第二配置向量，所述第二配置向量通過應用所述控制函數而產生了所測量的姿勢；
[0047]通過對第一配置向量及相關的第二配置向量的一部分進行評估而確定第一配置向量至少一部分的校正值；
[0048]通過評估校正值而確定用於轉換配置空間的函數；及
[0049]通過持續首先執行用於轉換配置空間的函數及此後執行控制函數而確定校準後的控制函數。
[0050]根據本發明的又一個優選實施例，根據本發明的電腦程式可具有模塊化結構，其中，可以將單個模塊安裝在數據處理裝置的各種部件上。
[0051]有利的實施例進一步提供了電腦程式，其配置成執行在說明書中描述的另外處理步驟或流程。
[0052]本發明的另一方面涉及一種計算機可讀數據，其包括本發明方法確定的校準後的控制函數的至少一部分及/或根據本發明方法確定的校正值的至少一部分。
[0053]可以將這種電腦程式和/或計算機可讀數據可設置成比如(收費或免費、自由訪問或密碼保護的)用於通過數據或通信網絡下載。然後，所提供的電腦程式可被本方法使用，其中，根據權利要求8的電腦程式和/或根據權利要求9的計算機可讀數據從電子數據網絡比如從網際網路下載到與所述數據網絡連接的數據處理裝置中。
[0054]根據本發明的方法可以藉助其上存儲有程序的計算機可讀存儲介質在將程序加載到數據處理裝置的存儲裝置後實施，所述程序能夠執行運動學校準方法，其中，所述方法包括如下步驟:
[0055]根據預定數量的第一配置向量移動運動學，其中，將控制函數應用於所述配置向量;
[0056]測量作為移動結果的運動學姿勢；
[0057]識別第二配置向量，所述第二配置向量通過應用所述控制函數而產生了所測量的姿勢；
[0058]通過對第一配置向量及相關的第二配置向量的一部分進行評估而確定第一配置向量至少一部分的校正值；
[0059]通過評估校正值而確定用於轉換配置空間的函數；及
[0060]通過持續首先執行用於轉換配置空間的函數及此後執行控制函數而確定校準後的控制函數。
[0061]本發明的另一方面涉及一種其上存儲數據的計算機可讀存儲介質，所述數據包括本發明方法確定的校準後的控制函數的至少一部分及/或根據本發明方法確定的校正值的至少一部分。
[0062]根據本發明，文中提供的校準可以擴展到坐標測量機的運動學，並且擴展到所有其他自身用於姿勢測量的運動學。這種運動學可完全或局部具有非驅動的致動器，然而，其運行確定偏離。通過確定致動器的偏離而計算出該運動學實現的姿勢測量結果。所述校準包括如下步驟:
[0063]根據預定數量的第一配置向量移動運動學，其中，將控制函數應用於所述配置向量;
[0064]測量作為移動結果的運動學姿勢；
[0065]識別第二配置向量，所述第二配置向量通過應用所述控制函數而產生了所測量的姿勢；
[0066]通過對第一配置向量及相關的第二配置向量的一部分進行評估而確定第一配置向量至少一部分的校正值；
[0067]通過評估校正值而確定用於轉換配置空間的函數。[0068]現在藉助這些校準後的校準機器執行姿勢測量中的以下步驟:
[0069]將運動學移動到需要確定的姿勢；
[0070]讀取所有致動器的偏離傳感器，並且進而確定配置空間的元素；
[0071]如上所述，將配置空間的轉換應用於配置空間已測量的向量中，以便獲得校正後的配置向量；
[0072]將正運動學應用於通過轉換校正的配置向量，並且進而利用校正優勢確定姿勢。
[0073]現在將參考運動學校準的例子詳細解釋本發明。應當注意:本發明未限制於以下公開的實施例，而是本發明也可以包括其他方法、裝置、電腦程式或存儲介質，只要其僅僅實施了獨立權利要求中的所有特徵即可。
[0074]將參考附圖詳細描述示例性實施例，在圖中:
[0075]圖1-5展示了 D0F=2的示例性運動學的工作空間；
[0076]圖6展示了示例性運動學的第一致動器的示例性校正函數；
[0077]圖7展示了示例性運動學的第二致動器的示例性校正函數；及
[0078]圖8展示了構造為Stewart Gough平臺的運動學視圖。
[0079]現在將參考圖1-7結合D0F=2的示例性簡單運動學100詳細解釋校準過程。
[0080]圖1展示的優運動學100由兩個長度可變的支柱102、104 (線性致動器)組成，支柱102、104也稱為支柱。支柱102、104的每一個的一端在轉動關節106、108處固定，而支柱102、104的另一端則在公共鉸鏈關節110處連接在一起。
[0081]運動學100所具有的二維姿勢為由笛卡爾坐標X、y所限定的位置。眾所周知，該點位也由兩個支柱的長度限定。
[0082]圖1中圓圈的半徑表示在特定實施例中使用的支柱長度LI和L2。數值LI和L2總共可以為4-元樣(LI，LI)，(LI, L2) (L2, LI)及(L2, L2)集產生4種配置。該樣集與上述
第一配置向量對應。
[0083]樣集的4個姿勢展示於圖2-5中，當兩個支柱102、104均具有相應的支柱長度LI和/或L2時，4個姿勢由支柱長度LI和L2的組合產生。
[0084]在這4個姿勢中，運動學實際呈現的姿勢(在笛卡爾坐標中)可以藉助外部測量設備(例如坐標測量機)測量和計算得出。
[0085]在圖2中，比如，假定對數值為(X』，y』 )而不是數值U，y)的姿勢進行測量。藉助逆運動學IK(X』，r )從這些數據(X』，y』 )中計算出第二配置向量(LI』，L2』)。類似過程出現在圖3-5中。
[0086]所形成的兩個校正被加數函數可以從圖6 (針對支柱102)和圖7 (針對支柱104)看出。
[0087]該校正被加數函數對應於配置空間中相同集合的校正被加數函數KSF_PM。
[0088]圖6、7中的位置(LI, L2)，(L2, L2)，(LI, LI)及(L2, LI)處的校正被加數中的每一個與圖2-5中的姿勢相關聯。因此，圖6、7中的圖形中的4個函數值基於所測量的姿勢偏差。所有其他點位通過插值獲得。
[0089]因此，校正基於圖6、7展示的第一支柱102和第二支柱104的校正函數600、700。
[0090]當將通過誤差補償實現姿勢(X，y)時，首先計算出理論上與姿勢相關聯的第一支柱102的支柱長度SI及第二支柱104的支柱長度S2。利用來自圖6、7的圖形中的支柱長度可以讀取第一支柱102的校正被加數dsl及第二支柱104的校正被加數ds2。圖6、7展示的函數對應於配置空間內的校正被加數函數KSF_KR。
[0091]現在，在調整支柱長度Sl+dsl以及S2+ds2時，該點位處的姿勢得以被正確地誤差補償。
[0092]圖8展示了稱為Gough Stewart平臺的運動學800。該運動學具有6個支柱802、804、806、808、810及812。雖然運動學800更加難以描述並且因而情形錯亂，上述簡單例子中的方法可類似且有利地用於該運動學，正如情形已經明顯表明。
[0093]本發明的實施例未限制於上述優選的示例性實施例。而是很多變異是可行的，這些變異甚至在本質上不同的實施例中利用了根據本發明的方法、根據本發明的設備、根據本發明的電腦程式及根據本發明的計算機可讀介質。
[0094]定義和解釋
[0095]現在將通過一些與校準基本概念有關的註解對示例性實施例進行補充。
[0096]運動學
[0097]術語運動學指的是串聯和並聯運動學類別，及這兩類的組合。這些類別包括比如機器人、工具機、加工機器、坐標測量機、實體機器人。另外，類別還包括具有冗餘傳感器的運動學。
[0098]致動器
[0099]在本說明書中，致動器定義如下:致動器為技術裝置，其將輸入值(電壓、數值等)轉變為物理上實現的參數，或轉變為物理參數的變化，所述變化代表運動學的自由度。可以藉助比如特殊的測量裝置，根據偏離與輸入值之間的已知關係確定致動器的偏離。
[0100]致動器為技術組件，其偏離代表配置空間的元素。除了以機械方式運行的致動器外，致動器還包括運動學中僅僅執行測量的元素。
[0101]特別地，致動器包括線性致動器、旋轉臺和線性測量裝置和旋轉測量裝置、由記憶合金、壓電陶瓷製成的致動器、以氣動或液壓運行的致動器等。
[0102]運動學的自由度(DOF)
[0103]DOF定義為運動學自由程度的數量。
[0104]在本方法中，適於方法的運動學中的致動器數量為D0F。如果存在冗餘，即，如果致動器的數量超過了 D0F，則在根據本發明的校準中，選擇並且考慮DOF個致動器。
[0105]姿勢(P)
[0106]運動學的姿勢是指與運動學有關的所有移動剛性體的位置和方位或組件或子集的組合。
[0107]通常，姿勢與單個剛性體關聯。然而，根據本發明，可以藉助對應的關聯剛性體對由多個子運動學組成的運動學進行校準。
[0108]姿勢宇間(PR)
[0109]應當將姿勢空間理解為運動學理論上可以獲得的所有姿勢，或這些姿勢的適當擴展集，比如Gough機械手的特殊歐幾裡得小組SE (3)。
[0110]配置宇間(KR)
[0111]運動學由致動器控制。致動器1，2，3，"dOF的相應偏離可以表達為向量X。在本專利的行文環境中，因此，配置空間為在運動學運行過程中提供的RDOF —部分。[0112]if 運動學(DK)
[0113]正運動學為函數，該函數將來自姿勢空間的對應姿勢賦予來自配置空間的元素。
[0114]DK:KR —PR
[0115]該賦值以理論方式進行，並且基於運動學的構造幾何參數。實際上，可逆確定性得以保證，並且在沒有損失普遍性的情況下在此採用了可逆確定性映射。
[0116]通常，將正運動學作為函數存儲在控制計算機中。
[0117]工作宇間(AR)
[0118]工作空間為姿勢空間中用於讓運動學運行的部分。該工作空間為機器人能夠採取和在常規運行時應當採取的所有姿勢的集合。
[0119]逆運動學(IK)
[0120]逆運動學為一種函數，該函數將來自配置空間的對應元素賦給來自姿勢空間的每個姿勢。IK為DK的逆映射。
[0121]IK:PR —KR
[0122]測暈的|H運動學(GDK)
[0123]藉助測量可以為來自KR的每個元素確定配置中實際採取的姿勢，比如藉助坐標測量機。將KR元素向實際採取的姿勢的映射稱為測量的正運動學(GDK)。
[0124]⑶K將配置空間映射到工作空間:
[0125]⑶K:KR?AR
[0126]配置宇間的樣集(PM)
[0127]將來自配置空間中用於校準的一組元素稱為PM。
[0128]PM的校IH被加數函數(KSF PM)
[0129]將來自的校正被加數Rdqf賦給每個元素X e PM:
[0130]KSF_PM: Rdof — Rdof, x — x_IK (GDK (x))
[0131]這些被加數子用於測量姿勢的運動學中具有相反的數學符號。
[0132]因此，校正被加數X-1K(⑶KU))表示致動器的預定偏離X (其理論上將導致姿勢DK(X))與根據藉助逆運動學測量的姿勢GDK(X)的偏離IK(GDKOO)之間的差值。
[0133]校ιΗ後的 ιΗ運動學 PM(KDK PM)
[0134]根據以下表達式將P e AR賦給每個元素X e PM:
[0135]KDK_PM (X) =DK (x+KSF_PM (x)).[0136]KR的校ιΗ被加數函數(KSF KR)
[0137]KSF_PM僅僅限定在樣集PM上。KSF_KR指定了具有覆蓋整個KR的定義範圍的函數。優選地，通過對KSF_PM的數值進行差值或外推通過KSF_PM數值的適當擬合將校正被加數函數的數值與KR上的每個點位關聯起來。
[0138]術語
[0139]Gough 機械手:
[0140]指的是D0F=6的並聯機械手，其中，通過6個長度可變的腿部將移動和靜止的部件互連起來。Gough機械手也稱為/、足蟲。
[0141]Nk Nk={l, 2，3...k}，k e N [0142]DOF自由程度，運動學的自由度[0143]1:1 e Ndof, i總是對致動器做標記
[0144][a⑴b(i)]致動器i允許的偏離區段
[0145]Q⑴:Q(i)為致動器i的區段分割數量
[0146]方位指示了主體在三維空間中的朝向。將一組三維空間內的朝向稱為特殊正交組SO⑶。
[0147]X配置空間的元素，以致動器的偏離向量表示
[0148]P姿勢空間的元素，以向量表示
【權利要求】
1.一種校準運動學的方法，該方法包括以下步驟: 根據預定數量的第一配置向量移動運動學，其中，將控制函數應用於所述配置向量； 測量作為移動結果的運動學姿勢； 識別第二配置向量，所述第二配置向量通過應用所述控制函數而產生了所測量的姿勢； 通過對第一配置向量及相關的第二配置向量的一部分進行評估而確定第一配置向量至少一部分的校正值； 通過評估校正值而確定用於轉換配置空間的函數；及 通過持續首先執行用於轉換配置空間的函數及此後執行控制函數而確定校準後的控制函數。
2.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於:為不同於所述第一配置向量的另外配置向量確定校正值。
3.根據權利要求2所述的方法，其特徵在於:通過插值或外推或擬合為所述另外的配置向量確定校正值。
4.根據前述 任何一項權利要求所述的方法，其特徵在於:所述用於轉換所述配置空間的函數延續到所述運動學的所述致動器可以佔據的所述配置空間的部分之外。
5.根據前述任何一項權利要求所述的方法，其特徵在於:在定義所述校準後的控制函數時確定並且考慮差異，所述差異為:工作空間即當評估所述控制函數時所述運動學可以實現的姿勢集合與所述運動學實際採取的姿勢之間的差異。
6.根據前述任何一項權利要求所述的方法，其特徵在於:所述轉換包括將所述校正後的向量加到所述相關的第一配置向量。
7.—種結構，其具有至少一個晶片和/處理器，所述結構配置為執行根據權利要求1-6中任何一項所述的校準運動學的方法。
8.一種電腦程式，其能夠在將該電腦程式加載到數據處理裝置的存儲裝置之後，讓所述數據處理裝置執行根據權利要求1-6中任何一項所述的運動學校準方法。
9.一種計算機可讀數據，其包括根據權利要求1-6中任何一項所述的方法確定的校準後的控制函數的至少一部分及/或根據權利要求1-6中任何一項所述的方法確定的校正值的至少一部分。
10.一種其上存儲程序的計算機可讀存儲介質，所述程序能夠在將該程序加載到數據處理裝置的存儲裝置之後，讓所述數據處理裝置執行根據權利要求1-6中任何一項所述的運動學校準方法及/或其上存儲根據權利要求9所述的計算機可讀數據。
【文檔編號】B25J9/16GK103906606SQ201280040937
【公開日】2014年7月2日 申請日期:2012年7月19日 優先權日:2011年7月25日
【發明者】約翰尼斯·高特立博 申請人:約翰尼斯·高特立博