一種用於機器人精度標定的方法與流程
2024-03-04 15:51:15
本發明涉及機器人
技術領域：
，具體涉及一種用於機器人精度標定的方法。
背景技術：
：機器人精度指重複定位精度和絕對定位精度，主要是受限於機器人加工和裝配精度，精度標定可以在這一固有屬性基礎上對其d-h參數進行修正。目前工業機器人標定的方法主要包括開環標定(雷射跟蹤儀、igps)、基於物理約束標定、基於視覺標定等方法，其中存在測量造價高、受限於加工精度、轉換誤差等問題。技術實現要素：本發明的目的在於提供一種用於機器人精度標定的方法，用以解決現有機器人標定精度差的問題，操作簡便、成本較低，極大提高機器人精度。為實現上述目的，具體地，該用於機器人精度標定的方法包括以下步驟：1)、建立基礎坐標系，機器人位於基礎坐標系內，測得機器人末端在基礎坐標系中的位置；2)、為機器人每個關節指定一個理論參考坐標系，用d-h表示法對機器人建模，每個關節的運動位姿由四個運動學參數確定：相鄰連杆夾角θ；相鄰連杆間的距離d；相鄰關節距離a；相鄰關節軸間夾角α；3)、建立相鄰兩個關節的變換矩陣an+1，變換矩陣依次右乘得到機器人的總變換矩陣t；4)、計算機器人末端相對參考坐標系的理論位姿x；5)、建立機器人誤差計算方程△x＝x`-x，其中x＝f(a,d,t,θ,α)，機器人末端實際位姿x`＝f(a+△a,d+△d,t+△t,θ+△θ,α+△α)；6)、求出△x；7)、利用最小二乘法求出機器人參數誤差△p＝(xtx)-1xt△x；8)、各關節參數誤差pn＝pn-1+△p，重複步驟1)～7)多次，最後將這些誤差補償到機器人的d-h模型參數中。步驟1)中所述的測得機器人末端在基礎坐標系中的位置具體方法為：在機器人的各關節處安裝編碼器，各編碼器通過數據總線連接數據採集卡，數據採集卡將編碼器的數據傳輸給計算機並計算出機器人末端在基礎坐標系中的位置。步驟4)中所述的理論位姿x計算方程為：x＝zte；其中z為機器人的機械臂與參考坐標系相聯繫的變換矩陣，機器人末端相對所在機械臂是固定的，所以為機器人末端指定獨立坐標系，e為機械臂末端的獨立坐標系。步驟1)中所述的建立基礎坐標系的具體方法為：加工一矩形箱體，並在矩形箱體表面雕刻出坐標點，以箱體任意三面交點作為坐標原點，建立基礎坐標系。所述的矩形箱體是利用cnc加工技術加工而成，加工精度為0.01mm。所述的變換矩陣an+1＝rot(z,θ)trans(0,0,d)trans(a,0,0)rot(x,a)。步驟6)中，由於誤差很小，將機器人誤差計算方程簡化成線性方程計算△x：本發明具有如下優點：建立一個實際的基礎坐標系，通過計算機器人末端理論位姿和實際位姿得到機器人誤差，進一步計算得到機器人的參數誤差，然後將各參數誤差補償到機器人的d-h模型參數中，本發明操作簡便、成本較低，極大提高機器人精度。附圖說明圖1為本發明實施例1的機器人結構示意圖。圖2為參考坐標系的示意圖。圖3為實施例3的結構示意圖。具體實施方式以下實施例用於說明本發明，但不用來限制本發明的範圍。實施例1參見圖1～2，該用於機器人精度標定的方法包括以下步驟：1)、利用cnc加工技術加工一矩形箱體，加工精度為0.01mm，在矩形箱體表面雕刻出坐標點，以箱體任意三面交點作為坐標原點，建立基礎坐標系。機器人通過基座設置在基礎坐標系內，在機器人的各關節處安裝編碼器，各編碼器通過數據總線連接數據採集卡，數據採集卡將編碼器的數據傳輸給計算機並計算出機器人末端在基礎坐標系中的位置。2)、為機器人每個關節指定一個理論參考坐標系，用d-h表示法對機器人建模，每個關節的運動位姿由四個運動學參數確定：相鄰連杆夾角θ；相鄰連杆間的距離d；相鄰關節距離a；相鄰關節軸間夾角α。3)、建立相鄰兩個關節的變換矩陣an+1，變換矩陣依次右乘得到機器人的總變換矩陣t；其中各參數參照表一。表一、機器人各關節的參數關節θ(°)α(°)a(mm)d(mm)10-900120290-901000300300049090030050-901000末端178由於是五軸機器人，t5＝a1a2a3a4a5。4)、利用下述方程計算機器人末端相對參考坐標系的理論位姿x；x＝zte；其中z為機器人的機械臂與參考坐標系相聯繫的變換矩陣，機器人末端相對所在機械臂是固定的，所以為機器人末端指定獨立坐標系，e為機械臂末端的獨立坐標系。5)、建立機器人誤差計算方程△x＝x`-x，其中x＝f(a,d,t,θ,α)，機器人末端實際位姿x`＝f(a+△a,d+△d,t+△t,θ+△θ,α+△α)。6)、由於誤差很小，將機器人誤差計算方程簡化成線性方程計算△x：求出△x。7)、利用最小二乘法求出機器人參數誤差△p＝(xtx)-1xt△x。8)、各關節參數誤差pn＝pn-1+△p，重複步驟1)～7)多次，通過反覆迭代直到誤差足夠小，最後將這些誤差補償到機器人的d-h模型參數中，參照表二。表二、標定後的機器人各關節參數關節θ(°)α(°)a(mm)d(mm)10-90-1.005121.23290.24-9098.25030.1250.12300.290.98490.1290.3010.25301.65-0.823-89.56103.20.524末端179.28將此d-h參數值植入到實際模型中，再進行精度驗證。表三、機器人標定前後的誤差對比評價指標標定前第一次標定後最大誤差13.6351.520平均誤差8.5630.856由表三可以看出，本發明極大提高機器人精度。實施例2本實施例中的機器人可以是六軸或者更多，同樣可以採用上述方法進行標定。實施例3參見圖3，為了進一步的保證機器人精度標定的準確性，本實施例在機器人相鄰機械臂的關節處安裝由電磁離合器，該電磁離合器包括固定臂2、轉動臂1、旋轉軸3和離合器本體，轉動臂1通過圓柱銷15與旋轉軸3固定連接，旋轉軸3與固定臂2相對轉動地設置，離合器本體連接在固定臂2與旋轉軸3之間並控制旋轉軸3的旋轉與停止，相鄰兩個機械臂分別連結轉動臂1和固定臂2，利用離合器本體將旋轉軸3鎖定在固定臂2上，進而鎖定轉動臂1，結構簡單，操作簡便、成本較低，極大提高機器人的精度。兩個固定臂2對稱設置在轉動臂1的兩側，旋轉軸3通過軸承14轉動連接固定臂2，固定臂2的外側設有軸向固定軸承14的端蓋。端蓋包括軸承端蓋13和輔側端蓋16，輔側端蓋16通過螺栓固定在相對應的固定臂2外側，離合器本體和軸承端蓋13通過螺栓固定在一個固定臂2的外側。離合器本體包括離合器外殼4、電磁線圈5、銜鐵6、摩擦片7、定片8和鎖緊彈簧10，離合器外殼4與軸承端蓋13和固定臂2固定連接，電磁線圈5固定在離合器外殼4的圓形槽中，旋轉軸3的一端通過圓錐銷11固定連接有一個限位套12，摩擦片7軸向滑動地套在限位套12的外側，摩擦片7與限位套12同步轉動地連接，離合器外殼4上設有四爪導軌，定片8軸向滑動地連接四爪導軌，多個摩擦片7與定片8有交替設置，銜鐵6固定在外側定片8的一側，在銜鐵6與離合器外殼4之間設有鎖緊彈簧10，鎖緊彈簧10推動銜鐵6壓緊定片8和摩擦片7，從而使摩擦片7固定，進而通過限位套12和旋轉軸3使得轉動臂1固定。離合器外殼4還連接有一個調節擋圈9，定片8和摩擦片7固定在調節擋圈9與銜鐵6之間，通過調節擋圈9調節定片8與摩擦片7的間隙。離合器斷電情況下，也就是電磁線圈5斷電，鎖緊彈簧10預壓力壓緊銜鐵6使摩擦片7和定片8貼合，實現鎖定轉動臂1的功能；離合器通電情況下，也就是電磁線圈5得電，電磁線圈5磁力克服鎖緊彈簧10的彈力吸合銜鐵6，使摩擦片7和定片8鬆開，此時轉動臂1可以旋轉。雖然，上文中已經用一般性說明及具體實施例對本發明作了詳盡的描述，但在本發明基礎上，可以對之作一些修改或改進，這對本領域技術人員而言是顯而易見的。因此，在不偏離本發明精神的基礎上所做的這些修改或改進，均屬於本發明要求保護的範圍。當前第1頁12