[发明专利]用于机器手臂系统的机构参数校正方法

说明书

一种用于机器手臂系统的机构参数校正方法。机构参数校正方法包括：控制机器手臂执行多个操作动作，使机器手臂末端移向对应的多个预测定位点；决定预测定位点之中每两者之间的预测相对位移量；在机器手臂执行每一操作动作时，量测仪器感测机器手臂末端所对应的三维定位信息；依据三维定位信息决定机器手臂执行每两操作动作时，机器手臂末端所移动的量测相对位移量；以及依据预测相对位移量和量测相对位移量形成机器手臂所对应的方程式。再以演算法解方程式来取得机器手臂的机构参数误差集合。

技术领域

本发明涉及一种机器手臂系统，特别是一种以量测相对位移量进行校正的用于机器手臂系统的机构参数校正方法。

背景技术

机器手臂系统本身的机械结构相当复杂。在机器人运动学(Robot Kinematics)分析中，可将机械结构归纳且描述为机构参数集合，包含机构杆件尺寸(臂长)、关节间连结的方向角度、关节的轴变动量等几何物理量。进一步可利用上述机构参数集合建立数学模型用来计算机器手臂的空间位置。换言之，根据这些机构参数设定值，即可利用数学模型推算机器手臂在空间中的预测位置。

所以机器手臂的理想数学模型可为定位点机构参数集合S的函数方程式F(S)，用以计算机器手臂在空间中数学模型的预测定位点P，表示式如下：

P≡F(S)

其中，上述定位点机构参数集合S即机器手臂的机构杆件尺寸、关节间连结方向、关节间连结角度和关节的轴变动量等几何物理量。

然而在一些状况下，例如机械部件的加工公差、机构组装误差、机构传动误差、负载应力变异、运作磨损、环境或温度变化等诸多影响，使得实际的机构参数值与其原理想设定值有所落差。以至于设定的定位点机构参数集合S易有偏差，造成量测仪器对机器手臂的实际量测定位点N与数学模型的预测定位点P具有位置偏差ΔP。该位置偏差ΔP即代表机器手臂在定位精度的效能，同时反映定位点机构参数集合S的偏差程度。

在此假设机构参数偏差集合ΔS为定位点机构参数集合S于各项参数的偏差，进一步将机器手臂的位置偏差ΔP与机构参数偏差集合ΔS假定为微小偏差的线性关系，表示式如下：

ΔP＝N-P≡J(S)·ΔS

其中，上式系数矩阵为数学模型F(S)对定位点机构参数集合S偏微分型态矩阵。

图1为一机器手臂系统10的一示意图。机器手臂系统10包括一机器手臂11、一基座12、一储存单元13、一处理单元14以及一绝对定位量测仪器15。机器手臂11设置在基座12之上，并电性连接至处理单元14。储存单元13用以储存机器手臂11的多个定位点机构参数集合S_k，k＝1，…，n(S₁～S_n)和对应的多个预测定位点P_k，k＝1，…，n(P₁～P_n)。预测定位点P_k以定位点机构参数集合S_k代入机器手臂11的理想数学模型F(S)所计算得到，可表示如下：

P_k≡F(S_k)，k＝1，…，n

其中，上述定位点机构参数集合S₁～S_n即机器手臂11的机构杆件尺寸、关节间连结方向、关节间连结角度和关节的轴变动量等几何物理量。

处理单元14包括一校正计算单元141和一控制单元142。处理单元14电性连接至储存单元13。处理单元14的控制单元142依据一特定定位点机构参数集合S(例如S_k)执行一特定操作动作，使机器手臂11末端移向该特定定位点机构参数集合S对应的一特定预测定位点P(例如P_k)。