[发明专利]基于非完整位姿信息的机器人运动学标定装置及标定方法

权利要求书

1.基于非完整位姿信息的机器人运动学标定方法，基于机器人运动学标定装置实现，其特征在于：

所述机器人运动学标定装置包括自左向右依次固定连接的磁性基座(2)、基座固定板(3)、位移平台(4)和法兰盘(5)，以及吸附在磁性基座(2)中的靶球(1)和用于测量靶球(1)空间坐标的激光跟踪仪(6)，法兰盘(5)用于与工业机器人(7)的末端法兰盘固定连接，位移平台(4)的位移方向与工业机器人(7)的工具坐标系X轴平行，当位移平台(4)处于零位状态时，靶球(1)球心在工业机器人(7)的末端法兰盘中心轴线上；位移平台(4)的左基体(401)与基座固定板(3)固定连接，位移平台(4)的右基体(402)与法兰盘(5)固定连接；

所述机器人运动学标定方法，包括如下步骤：

步骤一、位移平台(4)处于零位状态时，控制工业机器人(7)的末端运动到空间某一点后，通过激光跟踪仪(6)测量靶球(1)的空间坐标，记为P11；

步骤二、手动调节位移平台(4)的调节器(403)，使左基体(401)相对于右基体(402)移动，移动完毕后，通过锁紧旋钮(404)将两基体位置锁定；再次通过激光跟踪仪(6)测量靶球(1)的空间坐标，记为P12；

步骤三、根据空间坐标P11和P12计算工业机器人(7)末端位置P1及轴向向量n1，P1＝P11，n1＝(P11-P12)/||P11-P12||；

步骤四、手动调节位移平台(4)恢复零位状态并重复步骤一至四，直至达到设定测量点数，测得的空间坐标构成测量数据，空间坐标即实际位姿测量值；

步骤五、基于测量数据辨识机器人几何参数；

步骤501、工业机器人(7)的末端定位误差为实际位姿测量值T_R与理论位姿值T_N的差值ΔT：

理论位姿值T_N根据工业机器人(7)正运动学模型计算得到，正运动学模型根据工业机器人(7)理论参数建立，正运动学模型表达式为：

公式(1)中，n为工业机器人(7)的关节数，i为关节序号，A_i为工业机器人(7)相邻关节坐标系的转换矩阵；

公式(2)中，Δn、Δo、Δa和Δp均为3×1列向量，其中，Δn、Δo和Δa为旋转矩阵ΔR的列向量，Δp为位置列向量；

步骤502、将T_N对运动学模型参数进行偏微分并忽略高阶项，M-DH误差模型如下：

公式(3)中，Δη＝[…，Δθ_i Δd_i Δa_i Δα_i Δβ_i，··]为待辨识的几何参数误差，n为工业机器人(7)的关节数，j为测量数据中的第j个测量数据；

步骤503、对公式(3)进行简化，将其写成矩阵形式：

ΔE＝HΔη (4)

公式(4)中，ΔE＝[ΔP^T Δn^T Δo^T Δa^T]^T，为位姿误差；H＝[H_P^T H_n^T H_o^T H_a^T]^T，为M-DH模型的误差雅克比矩阵；

公式(4)的运动学误差模型为典型的非线性方程，通过LM优化算法对公式(4)的运动学误差模型进行解算，构建LM优化算法的目标函数，即适应度函数为：

公式(5)中，j为测量数据中的第j个测量数据，N表示标定测量数据总数；

由于标定装置仅测量工业机器人(7)的X轴位姿数据，因此，适应度函数修改为：

2.根据权利要求1所述的基于非完整位姿信息的机器人运动学标定方法，其特征在于，步骤四中，所述设定测量点数为50。

3.根据权利要求1所述的基于非完整位姿信息的机器人运动学标定方法，其特征在于，位移平台(4)的左基体(401)与基座固定板(3)通过螺钉固定连接，位移平台(4)的右基体(402)与法兰盘(5)通过螺钉固定连接。

4.根据权利要求1所述的基于非完整位姿信息的机器人运动学标定方法，其特征在于，磁性基座(2)与基座固定板(3)通过螺钉固定连接。