[发明专利]一种基于激光传感器的关节机器人运动学参数辨识方法

权利要求书

1.一种基于激光传感器的关节机器人运动学参数辨识方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1、搭建辅助装置

所述辅助装置包括激光传感器、支架以及通过绳索悬挂在支架上的重物；所述激光传感器固定安装在关节机器人的末端法兰上，所述重物位于关节机器人工作空间内；

步骤2、获取采样点的坐标信息

2.1、通过手操器移动关节机器人末端，使关节机器人末端接近绳索，且保证处于激光传感器的扫描范围内；

2.2、在绳索的不同位置进行N次扫描采样，读取并记录激光传感器扫描到绳索上的采样点在激光传感器坐标系下的坐标值p_Si，以及在机器人在该位置时的各关节角度值，i＝1,…,N；

步骤3、建立关节机器人的运动学模型；

步骤4、利用多点法标定激光传感器，获得末端关节坐标系到激光传感器坐标系的转换矩阵^mT_S，m为关节机器人的关节数；

步骤5、利用步骤2得到的各关节角度值，以及各关节名义运动学参数和各关节运动学误差参数，将N个采样点在激光传感器坐标系下的坐标值p_Si转换为基座标系下的坐标值p_Bi；

步骤6、将N个采样点按基座标系下X轴坐标值以升序排序，获得基坐标系下的点集；

步骤7、根据步骤6得到的基坐标系下的点集，设定各关节运动学参数误差Δα、Δd、Δa的初始值，计算得到运动学参数误差范围内总误差；

步骤8、将总误差E的最小化作为最优化算法的优化目标函数，以设定的计算次数进行最优化算法，计算得到的目标函数值中的最小值对应的向量组，或者目标函数值小于设定阈值Q时对应的向量组作为最终的各关节运动学参数误差值。

2.根据权利要求1所述的基于激光传感器的关节机器人运动学参数辨识方法，其特征在于：

步骤5中，所述采样点在激光传感器坐标系下的坐标值p_Si转换为基座标系下的坐标值p_Bi，具体为：

p_Bi＝(⁰A₁+d⁰A₁)·(¹A₂+d¹A₂)·...·(^jA_j+1+d^jA_j+1)·...(^m-1A_m+d^m-1A_m)·^mT_S·p_Si

式中，p_Bi表示第i个采样点在基座标系下的坐标值；p_Si表示第i个采样点在激光传感器坐标系下的坐标值；1≤i≤N；

⁰A₁表示基座标系到第1坐标系的转换矩阵；

^jA_j+1表示从第j坐标系到第j+1坐标系的转换矩阵，0≤j≤m-1矩阵中各元素是运动学参数连杆扭曲α、连杆偏置d、连杆长度a、关节角度θ的函数；其具体形式如下：

其中，cθ_j+1表示cosθ_j+1，sθ_j+1表示sinθ_j+1；

d⁰A₁表示因为运动学参数误差而引起的从基坐标系到第1坐标系微分运动；

d^jA_j+1表示因为运动学参数误差而引起的从第j坐标系到第j+1坐标系微分运动，矩阵中各元素是运动学参数误差连杆扭曲误差Δα、连杆偏置误差Δd、连杆长度误差Δa以及运动学参数连杆扭曲α、连杆偏置d、连杆长度a、关节角度θ的函数；其具体形式如下：

^mT_S表示末端关节坐标系到激光传感器坐标系的转换矩阵。