[发明专利]一种机器人运动学参数标定位姿优化选取方法

权利要求书

1.一种机器人运动学参数标定位姿优化选取方法，其特征是按如下步骤进行：

步骤1、对所需要标定的机器人建立运动学模型，记为P＝f(x，y)，其中x表示机器人的驱动关节的变化参数，y表示机器人结构的运动学参数，P表示机器人末端动平台在工作空间中所对应的位姿；

步骤2、根据机器人的运动学模型P，利用式(1)求解运动学参数误差的雅可比矩阵J：

采用奇异值分解法对雅可比矩阵J进行分解，得到J＝U∑V，并有：其中，σ_i表雅可比矩阵J的奇异值，且σ₁≥σ₂…≥σ_L≥0；则σ_L表示最小的奇异值，σ₁表示最大奇异值；

利用式(2)得到参数辨识雅可比矩阵能观指数O，并作为优化指标：

式(2)中，N表示需要辨识的运动学参数的数目；

步骤3、随机采集位姿并迭代优化；

步骤3.1、在机器人末端动平台的工作空间中随机选择一组N_M个标定测量的位姿作为初始位姿，记作最大迭代次数为N_I，当前迭代次数N_I′＝0；

步骤3.2、如果当前迭代次数N_I′≥N_I，跳出当前迭代循环过程，输出优化后的位姿集否则，调用步骤4，并接受步骤4输出的位姿

步骤3.3、将与集合合并，从而更新

步骤3.4、调用步骤5，剔除η⁺中的冗余位置并将N_I′+1赋值给N_I′后，返回步骤3.2；

步骤4、利用禁忌优化算法优化选取机器人末端动平台的位姿使得参数辨识雅可比矩阵的能观指数O最优；

步骤4.1、初始化禁忌列表长度为L，领域解个数为k，可行解集禁忌列表集领域收缩因子为w，最大迭代次数为IN_I，当前最优解集位姿的下限η_lower和上限η_uper；

令当前最优解值其中表示在机器人末端动平台的工作空间中随机采集一个位姿作为当前解，J(η,rand(η_M+1)表示在初始位姿η和随机位姿rand(η_M+1)处运动学参数误差的雅可比矩阵；O(J(η,rand(η_M+1)))表示在初始位姿η和随机位姿rand(η_M+1)处运动学参数误差的雅可比矩阵J(η,rand(η_M+1)的能观指数，

步骤4.2、如果当前迭代次数IN_I′≥IN_I，则跳出当前循环，将输出；否则利用式(3)产生k个领域解：

式(3)中，表示位姿随机产生的第i个领域解，且有i＝1,2,...,k；rand表示随机生成(0,1)之间的浮点数；

如果且

则有

如果且

则有

步骤4.3、将步骤4.2产生的所有k个领域解与可行解集进行合并，并将赋值给OL；

步骤4.3.1、如果当前可行解集跳出循环，输出当前最优解BSF，进行步骤4.4；否则，从可行解集OL中取出一个领域解如果则令并且从可行解集OL中剔除所取出的领域解后，返回步骤4.3.1；否则执行步骤4.3.2；

步骤4.3.2、对所取出的领域解求得能观指数并将最大的能观指数记作当前最优值再将所取出的领域解放入当前最优解集BSF中和禁忌列表集TL，从而更新禁忌列表集TL；

步骤4.3.3、如果更新后的禁忌列表集TL的长度大于L，则将禁忌列表清空，即并返回步骤4.3.1；否则，执行步骤4.4；

步骤4.4、如果当前最优解集则将当前解放入禁忌列表TL中，从而更新禁忌列表TL为TL∪η_M+1，将IN_I′+1赋值给IN_I′后返回步骤3.2；

步骤5、剔除解集中的冗余位姿；

步骤5.1、调用步骤3产生的位姿解集η⁺，初始化最大迭代次数RN_I＝N_M+1，当前迭代次数为RN_I′＝1；能观指数列表为最大能观指数为O(J)＝Max{O(J(η,rand(η_M+1)))}；

步骤5.2、如果当前迭代次数RN_I′≥N_M+1，则跳出当前循环，输出冗余位置η^-；否则，从位姿解集η⁺中取一个位姿并计算当前能观指数

步骤5.3、如果当前能观指数则更新最大能观指数更新能观指数列表ObL为并获得最小能观指数在能观指数列表ObL中所对应的序号RN_I′，将位姿解集η⁺中剔除序号RN_I′所对应的位姿后赋值给冗余位置η^-，再执行步骤5.4；否则，直接执行步骤5.4；

步骤5.4、将RN_I′+1赋值给RN_I′，并返回步骤5.2。