[发明专利]工业机器人定位精度标定方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种机器人标定方法，特别涉及一种提高工业机器人定位精度的标定方法。

背景技术

工业机器人的运动精度对于它在生产中的应用可靠性起着至关重要的作用。而机器人各关节的几何参数误差是造成机器人定位误差的最主要原因，这主要是由于制造和安装过程中产生的关节实际几何参数与理论参数值之间的偏差造成的。通过标定可以将机器人的位姿误差大幅度降低，进而提高机器人的绝对精度。

标定的结果是一组被识别的机器人参数，这些参数可以作为提供给机器人生产厂家的产品质量检验指标，也可以用来给机器人用户提高机器人的绝对精度。而目前还没有一种精确的工业机器人的运动精度标定方法。

发明内容

本发明是要提供一种工业机器人定位精度的标定方法，用于提高工业机器人定位精度。

为实现上述目的，本发明的技术方案是：

一种工业机器人定位精度的标定方法，其特征在于：具体步骤是： 

（1）建立机器人的运动学模型

用D-H连接变换齐次坐标模型来建立机器人的运动学模型，把每个变换定义为                                               ，在机器人的基座和手之间的总变换为：

                

（2）关节扭转角参数值的标定

采用圆周法计算出机器人各关节旋转轴线的方程，设求出的相邻关节电动机的轴线方程为、，根据空间两条直线的位置关系方程求得、之间的夹角；设的方向矢量为，的方向矢量为，按下式计算两直线的夹角：

                           

从而确定机器人运动学模型中的关节扭转角修正参数值；

（3）机器人末端实际位姿的测量

在关节活动范围内，任意指定n组不同的关节转角值，操作机器人，每组关节转角值转到位时，用激光跟踪仪测量出对应的机器人的末端执行器的位姿；

（4）关节距离参数值、关节偏移量的标定

通过逆运动学的变形式，利用逆变换矩阵左乘运动学方程两边，利用对应元素相等，由等式左右两边的元素，依次得出含有待修正参数的方程，通过多次运用三角代换和矩阵乘法、加法运算，求得多个含有待修正参数的方程，组成方程组，方程个数要足以解出待修正参数；

（5）将步骤（3）中指定的关节转角值及其对应的由激光跟踪仪测量得到的机器人末端执行器的实际位姿坐标值代入到（4）中所求得的方程组，解此方程租，得到关节距离参数值，关节偏移量的标定修正值。

如上述定位精度未达到要求，可将参数修正值代替理论参数值代入（1）中的运动学模型中，重复进行（1）~（5）的步骤，使标定定位精度更高。

工业机器人定位精度标定方法的运动学转换是在笛卡尔坐标空间中进行的。

用于计算机器人各关节旋转轴线方程的圆周法具体方法：保持各关节电动机不动，由跟踪仪测出机器人末端上的特征点的空间位置；接着，旋转要测的关节轴，分别施加正向力和逆向力，旋转后特征点对应的空间位置坐标分别记为;关节轴旋转方向垂直于三点所决定的空间圆平面，为圆心；则该关节轴的轴线方程为。

本发明的有益效果是：本发明提供的机器人标定方法实用性很强，简单、高效、快捷，并应用激光跟踪仪对机器人进行位姿测量，测量精度高。成功地辨识了机器人的几何结构参数，提高了机器人的绝对定位精度。本发明适用于任何关节型机器人，通用性强。并且能够提高机器人的综合性能。易于在线补偿且成本低，并且有利于实现机器人的离线编程。

本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在所写的说明书、权利要求书、以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

附图说明

图1是六轴工业机器人的D-H模型坐标系图；

图2是工业机器人的标定流程图；

图3是确定关节轴线方程的圆周法示意图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。

参见附图1~2，本发明的工业机器人定位精度标定方法，包括以下几个步骤：

（1）建立机器人的运动学模型

机器人运动学分析通常用Denavit-Hartenberg（D-H）连接变换齐次坐标模型来表示。