[发明专利]一种基于距离约束的随动式测量机械臂标定方法

说明书

技术领域

本发明涉及测量机械臂标定方法，特别是涉及一种基于距离约束的随动 式测量机械臂标定方法。属于机器人测量标定技本领域。

背景技术

测量机械臂是机器人中的一种结构形式。实际应用中，通过对测量机械 臂标定可以获取机器人结构参数的真实值，据此可以根据真实参数构建模拟 机器人运动学模型，从而获得接近于实际机器人的运动学模型。

机器人标定中一个重要的环节就是采集标定数据。在现有物理标定中， 一般需借助于测量工具获得标定数据，存在标定复杂、时间长、标定成本高 等缺点。为了克服这些缺点，近年来采用了一种基于约束的标定方法(又称 为自标定方法)，这种自标定方法就是无需专门的测量工具，利用某些特殊 点、线、面、环等特殊几何结构，来约束末端执行器的运动，测量中，经过 多次变换构型使得机器人末端执行器接触或沿着这些特殊几何结构运动，并 记录下相应的数据，利用这些数据构造标定方程，并求解方程，从而获得真 实的机器人参数。在这些自标定方法中，其约束形式是单点约束，例如：采 用圆锥孔为约束标定点或三圆球结构等为约束标定点。但是，采用所述的单 点约束标定时，机器人的某一个结构参数必须已知，显然，该参数的给出仍 然需要借助于测量设备。现有技术中，有人设计了应用于单点标定方法的一 套物理试验装置，包括标定圆球和标定球形孔。该物理试验装置存在如下缺 点：(1)标定时，需要借助测量设备测出机器人的结构参数，测量时间长、 成本高。(2)需要手工搬动整个机器人手臂以使标定圆球接触标定球形孔， 由于机器人手臂质量大，因此，手工操作很困难。(3)球形孔的形状和定位 要准确，加工困难。

发明内容

本发明的目的，是为了克服现有的单点标定方法的测量时间长、成本高 的缺点，提供一种利用一根标定尺提供距离约束，实现基于距离约束的随动 式测量机械臂标定方法。

为实现上述目的，本发明采取如下技术措施：

一种基于距离约束的随动式测量机械臂标定方法，其特征在于包括以下 步骤：

1)固定测量机械臂，固定标定尺、使之同测量机械臂保持相对静止；

2)牵引测量机械臂的末端，使末端上的测量头接触标定尺上的第一标定 孔，形成测量机械臂的第一构型G1；

3)用计算机计算测量机械臂在第一构型G1下的误差系数矩阵，并计算 此误差系数矩阵的最小奇异值；

4)用计算机判断最小奇异值的特性，如果该最小奇异值偏大，则记录下 各关节码盘的读数，并进行步骤5)；否则，进行步骤2)；

5)牵引测量机械臂末端，使末端上的测量头接触标定尺上的第二标定孔， 形成测量机械臂的第二构型G2；

6)用计算机计算测量机械臂在第二构型G2下的误差系数矩阵，并计算 此误差系数矩阵的最小奇异值；

7)用计算机判断最小奇异值的特性，如果该最小奇异值偏大，则记录下 各关节码盘的读数，并进行步骤8)；否则，进行步骤5)；

8)根据上述两个构型(G1、G2)测量数据计算得出标定方程；

9)移动标定尺至新姿态，并保证测量机械臂能到达标定尺的第一标定孔、 第二标定孔中的任意一个标定孔；

10)重复步骤2)～8)，分别得出在不同构型下的标定方程；

11)最后分别求解标定方程，得到测量机械臂各参数的偏差；

12)以上标定过程可以重复多次，然后对多次结果求平均，以此平均值 作为最终的标定结果。

本发明的目的还可以通过采取如下措施达到：

本发明的一种实施方式是：测量机械臂由测量头、腕关节、小臂、肘关 节、大臂、肩关节、腰关节和基座连接而成。

本发明的一种实施方式是：标定尺包括尺体，在尺体的两端分别设有第 一标定孔和第二标定孔。

本发明的一种实施方式是：不同工位时机械臂基坐标系相对位姿的确定 包括如下步骤：

1)在工件上建立几个测量关键点并编号；

2)在工位一时，顺序测量该工位的关键点，通过这些关键点，建立工 位一时机械臂基坐标系上的参考坐标系；

3)移动机械臂到工位二，顺序测量工位关键点，通过这些关键点，建立 工位二时机械臂基坐标系上的参考坐标系；

4)最后根据不同工位时参考坐标系需重合的前提，求解出不同工位下机 械臂基坐标系的相对位姿。

本发明具有如下有益效果：