[发明专利]一种基于末端点平面约束的工业机器人连杆参数标定方法

说明书

本发明属于工业机器人连杆参数标定领域，并具体公开了一种基于末端点平面约束的工业机器人连杆参数标定方法，包括如下步骤：1)建立工业机器人的连杆坐标系和工具坐标系，得到工业机器人末端位置坐标；2)对末端点进行平面约束建立工业机器人连杆参数误差辨识模型；3)变换工业机器人的位姿态，记录关节变量的关节值和激光束的长度，并根据前三个位姿的位置坐标计算平面方程的初始参数；4)对工业机器人连杆参数进行误差辨识；5)依次对待修正参数进行修正，并验证修正后工业机器人的精度。本发明可在工业机器人较大工作空间范围内进行标定，可实现全自动化的标定，标定精度高且成本低。

技术领域

本发明属于工业机器人连杆参数标定领域，更具体地，涉及一种基于末端点平面约束的工业机器人连杆参数标定方法。

背景技术

机器人的误差可以分为两类：一类是几何参数误差，通常指由于加工装配或磨损等原因造成机器人运动学参数的理论值与实际值不一致的误差。另一类是非几何参数误差，是由机器人传动系统柔顺性和环境因素造成的，其参数包括关节伺服的刚度、连杆刚度、齿轮间隙、摩擦等。这些误差会导致机器人末端的位姿精度较低，不能满足现代工业化生产高精度的需求。

连杆参数误差属于机器人几何参数误差，通过机器人标定技术对连杆参数误差进行补偿从而提高机器人末端的绝对定位精度。目前，常用的标定设备或方案有以下几种，一种是采用专业的标定设备，如Dynalog的线缆式测量系统，二是采用激光跟踪仪和安装在机器人末端的靶镜对机器人的位姿进行测量，三是采用激光和视觉组成的“手眼”标定系统。

然而上述现有技术仍然存在以下问题，采用Dynalog的标定设备可以获得较高的标定精度，自动化程度高，但是这种专业的标定设备价格比较昂贵，体积偏大，不适宜大面积应用到工业机器人中；采用激光跟踪仪和靶镜的标定方案精度比专业的标定设备低，只能在一定的空间内对机器人进行标定，其他空间内的精度难以保证，且需要专业人员在标定过程中进行干涉；采用激光和视觉的“手眼”标定系统不考虑额外部件所带来的测量误差，标定精度较低，需要手动操作机器人完成标定，自动化程度和实用性较低。因此，急需设计一种高精度、高自动化的标定方法，操作简单，方便携带，以大范围应用到实际生产中，满足工业机器人的生产需求。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种基于末端点平面约束的工业机器人连杆参数标定方法，其对末端点进行平面约束从而建立工业机器人的连杆参数误差辨识模型，并通过安装在工业机器人末端的激光位移传感器，获取在不同位置和姿态下工业机器人末端点的位置信息，进而对工业机器人的连杆参数误差进行辨识，由此解决现有标定方法精度低、自动化程度低、可操作性不强等问题，具有操作简单、标定效率高、实用性强等特点。

为实现上述目的，本发明提出了一种基于末端点平面约束的工业机器人连杆参数标定方法，其包括如下步骤：

(1)建立工业机器人的连杆坐标系和工具坐标系，得到工业机器人末端点的位置坐标，该工业机器人的末端安装有激光位移传感器；

(2)对末端点进行平面约束建立平面板平面方程以及工业机器人连杆参数误差辨识模型；

(3)变换工业机器人末端点的位姿，获取每个位姿下工业机器人各关节变量的关节值以及激光位移传感器的激光束长度，并根据前三个位姿的位置坐标计算平面方程的初始参数；

(4)根据每个位姿下工业机器人各关节变量的关节值、激光位移传感器的激光束长度以及平面板平面方程的初始参数，计算获得激光位移传感器光束发射点的位置和方向修正值、平面板平面方程系数的修正值以及工业机器人各连杆参数的修正值；

(5)根据步骤(4)获得的修正值依次对激光位移传感器光束发射点的位置和方向、平面板平面方程以及工业机器人各连杆参数进行修正，以此完成工业机器人连杆参数的标定。