[发明专利]一种用于绳索悬挂式机器人定位补偿方法

说明书

本发明公开了一种用于绳索悬挂式机器人定位补偿方法，采用基于悬链线和椭圆方程的补偿计算方法，得到机器人的运动路程与实际坐标的关系。将机器人在绳索上的运动轨迹拟合为一条曲线，获得机器人相对绳索悬挂点的坐标和在世界坐标系下的坐标。在同一水平面上选择两悬挂点悬挂绳索，两悬挂点中点为原点，两悬挂点连线为x轴，竖直方向为y轴。测量两悬挂点间的距离和绳索最低点到两悬挂点连线的垂直距离；将机器人悬挂在绳索中点处，计算机器人重量与绳索弹性系数的比值，求解绳索被拉长后的长度，并和机器人当前x坐标求解出机器人y坐标。根据绳索坐标系和世界坐标系的相对位置关系进行坐标转换，实现绳索悬挂式机器人的定位。

技术领域

本发明涉及绳索悬挂式机器人的定位技术，具体地说，涉及一种用于计算绳索悬挂式机器人相对绳索坐标的方法。

背景技术

目前，室内移动机器人定位多采用UWB定位技术。即通过在室内或者室外设置一定数量的UWB定位基站，机器人携带定位标签，最终实现机器人的精准定位导航，其定位精度可达10cm。在飞机制造领域中，一般使用激光跟踪仪或iGPS定位系统实现定位，西班牙SERRA Aeronautics公司研制的机器人制孔系统SAMPA采用iGPS定位技术使机器人的定位精度达到了1mm。绳索悬挂式机器人同样可利用上述技术实现自身定位，但上述三种定位技术的共同缺点是建设成本高，技术难度大。UWB定位系统需要包括UWB定位基站、定位标签、定位引擎和应用系统这四部分，且待定位物体周围至少需要存在3个无遮挡的基站，一旦基站被遮挡，就需要相应的增加基站的数量，整个定位系统的成本也会随之增加。而激光跟踪仪或iGPS定位系统的昂贵价格更是提高了使用门槛。

发明内容

为了避免现有技术存在的不足，本发明提出一种用于绳索悬挂式机器人定位补偿方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是:

用于绳索悬挂式机器人定位补偿方法，其特征在于包括以下步骤:

步骤1.确定绳索坐标系；将机器人在绳索上的运动轨迹拟合为一条曲线，获得机器人相对绳索悬挂点的坐标，从而获得机器人在世界坐标系下的坐标；

a.在同一水平面上选择两悬挂点悬挂绳索，两悬挂点中点为原点，两悬挂点连线为x轴，竖直方向为y轴，z轴根据右手坐标系定义，确定绳索局部坐标系；

b.在悬挂好绳索后，测量两悬挂点之间的距离和绳索最低点到两悬挂点连线的垂直距离，并计算出符合绳索形状的悬链线方程参数a、h和绳索原长；

c.将机器人悬挂在绳索中点处，测量出此时绳索最低点到两悬挂点连线的垂直距离，并计算出绳索伸长后的长度，根据绳索伸长后的长度绳索原长计算出机器人重量与绳索弹性系数的比值G/k，其中，G为机器人重量，k为绳索弹性系数；

步骤2.x轴方向上的补偿算法和y轴方向上的补偿算法；

(1)x轴方向上的补偿算法将水平悬挂的绳索的形状视为一条悬链线，利用悬链线上的点距悬链线最低点的弧长和悬链线上点的x坐标之间的关系将机器人在绳索上走过的路程修正为机器人当前的x坐标；

(2)y轴方向上的补偿算法将悬挂在绳索上机器人的运动轨迹看作是长轴可变的椭圆方程；机器人在绳索上不同位置处时，机器人的受力状态不同，故绳索的伸长量不同；首先通过一个迭代过程得到机器人真实的受力状态，然后依据之前求得的G/k的数值求解出绳索被拉长后的长度，根据该长度和机器人当前x坐标求解出机器人y坐标；

得到机器人在绳索坐标系中的坐标后，根据绳索坐标系和世界坐标系的相对位置关系，将机器人在绳索坐标系中的坐标转换为世界坐标系中的坐标，实现绳索悬挂式机器人的定位。

有益效果