[发明专利]一种面向数字孪生的机器人标定方法

说明书

一种面向数字孪生的机器人标定方法：建立机器人标定的数字孪生模型；搭建机器人标定工作平台：执行机器人标定操作：根据寻优算法来寻找机器人末端执行器的空间位姿点；将测量位姿与得到的最优测量位姿组中的理想机器人末端执行器的空间位姿点相减获得位姿误差；对机器人的位姿误差进行补偿。本发明在机器人标定模型上，由线性叠加原理建立了机器人刚柔耦合误差模型，提高了模型的精确度；在机器人标定工作上，给出了详细简单的机器人标定流程，减少了机器人标定工作的复杂度；在数据测量上，利用寻优算法寻找机器人末端执行器的空间位姿点的最优测量位姿组，提高了辨识效率与辨识精度；在补偿方法上，根据机器人控制器开放程度给出了不同的补偿方法。

技术领域

本发明涉及一种机器人标定方法。特别是涉及一种面向数字孪生的机器人标定方法。

背景技术

工业机器人在制造业中发挥的作用越来越重要，随着智能制造工程以及安全生产无(少)人化专项工程，工业机器人的需求也日益扩大。工业机器人具有效率高、控制灵活、安全性高、无惧噪音等恶劣生产环境、可重复性高等优点，在各类高精度、高强度、高风险作业中，应用机器人已是大势所趋，给传统制造业带来巨大变化。但在面对高精度及复杂任务时，机器人系统自身存在的各类误差使得其难以满足高精度应用要求。因此，工业机器人在投入使用前，需要对机器人进行标定，以确定机器人精度符合使用要求。与此同时，随着工业机器人使用时间的增加以及生产线设备调整等情况，这些都会导致机器人标定精度下降，最终导致机器人的相关功能受到影响。因此，定期对机器人进行标定对保证机器人的精度显得十分重要。

此外，在全球化与数字化的时代背景下，企业目前迫切需要技术改造，向数字化转型以及智能制造方向前进。企业建立智能工厂及数字化车间，以突破物理空间与数字空间壁垒，实现双向信息交流。相比于传统制造，智能制造具有自主分析、多维交互、自主优化等诸多优势，具有虚实映射，数据驱动等特点。数字孪生技术是实现智能制造的核心技术之一，也是智能制造的理论基础。数字化模型的存在大大提高了生产效率，同时节省了大量人力、物力、财力。数字孪生是对研究对象或者某产品、系统进行全面的物理形态或功能的数字化描述，包含其整个生命周期尽可能地所有信息，具有非常广泛的合适的应用场景。数字孪生技术的出现为实现机器人标定可视化、数字化、智能化提供新思路。

对于传统的工业机器人标定工作而言，其内容十分复杂繁琐，自动化、智能化水平低。无论是前期的准备，还是标定的过程都需要专业人员来进行。这导致机器人的标定门槛与成本都很高。通过对机器人标定流程和标定步骤的标准化、自动化，可以达到降低机器人标定门槛和标定成本的目的。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，为了克服现的技术的不足，提供一种能够降低机器人标定门槛和标定成本的面向数字孪生的机器人标定方法。

本发明所采用的技术方案是：一种面向数字孪生的机器人标定方法，包括如下步骤：

1)建立机器人标定的数字孪生模型，包括：

(1.1)根据要执行标定操作的机器人的外形几何参数，利用SolidWorks三维建模软件对机器人零部件进行三维建模，随后利用SolidWorks软件中的sw2urdf插件导出URDF模型功能包，完成机器人几何模块搭建；随后在Unity软件中利用URDF Importer软件包将机器人几何模块导入Unity软件中，最后利用Unity软件建立机器人三维展示平台，如图3所示；

(1.2)利用改进的D-H参数法建立机器人运动学模型，包括：

(1.2.1)建立机器人各关节坐标系；

(1.2.2)确定机器人各连杆参数；

(1.2.3)确定相邻关节坐标系之间的齐次变换矩阵A_i，对于给定的机械臂有两种情况：

(1.2.3.1)当相邻两轴垂直时，根据建立好的关节坐标系通过两次旋转和两次平移建立起相邻关节坐标系之间的对应关系；