[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

说明书

本发明为解决现有针对关节机器人运动学参数辨识方法，采用激光跟踪仪测量安装在机器人末端的靶球的微分运动来辨识机器人的运动学参数；或者采用专用的标定块来进行运动学参数辨识，存在标定步骤繁琐，且标定器材价格昂贵的问题，而提供了一种基于激光传感器的关节机器人运动学参数辨识方法。本发明是在关节机器人末端安装激光传感器，在机器人的工作空间内悬挂一重物，再基于激光传感器运用遗传算法的参数辨识方法，实现关节机器人运动学参数的辨识，标定流程较为简单，提高机器人的绝对定位精度，同时缩短了标定时间，提升了标定效率。

技术领域

本发明属于工业机器人技术领域，具体涉及一种基于激光传感器的关节机器人运动学参数辨识方法。

背景技术

随着工业机器人在工业生产中应用范围及其任务复杂程度的不断扩大，对工业机器人的位置和姿态精度要求也越来越高。目前工业机器人具有很高的重复定位精度，达到0.1mm量级。然而绝对定位精度却很低，只有1cm量级，这严重限制了工业机器人的应用范围。众多原因导致工业机器人定位精度低，其中最重要的是运动学模型中几何结构的参数偏差。标定技术是补偿这些参数偏差的有效方法，因此成为研究热点。标定就是应用先进的测量手段和基于模型的参数识别方法辨识出机器人模型的准确参数，从而提高机器人定位精度。

对于关节机器人，在制造安装过程中的误差以及长时间的磨损均会导致关节机器人的实际运动学参数与理论值不符，从而导致机器人的绝对定位精度变差。目前针对关节机器人运动学参数辨识方法，大都通过采用激光跟踪仪测量安装在机器人末端的靶球的微分运动来辨识机器人的运动学参数；或者采用专用的标定块来进行运动学参数辨识，标定步骤繁琐，而且标定器材价格昂贵。

例如中国专利CN114800526A，公开一种基于激光跟踪仪通过点线面建系的工业机器人标定方法，建立了机器人误差模型，并利用数学理论推导出了误差传递公式，给定了数据采集前的准备工作，基于激光跟踪仪的点-线-面坐标系建立方法及相关注意事项，在参数辨识过程中，给出了奇异值分解最小二乘法的推导过程，给出了程序算法的执行流程，同时，通过正向测试集得到DH补偿参数，通过反向验证集验证DH补偿参数的有效性，实现提高工业机器人的绝对定位精度。但激光跟踪仪价格昂贵、安装步骤繁琐，并且标定精度受到参考坐标系的影响，一旦参考坐标系建立不正确，将会严重影响标定精度。

例如中国专利CN105066808A，公开了一种工业机器人运动学参数简易标定装置及其标定方法，该标定装置包括标定块和标定杆，标定块具有两个互相垂直的标定平面，标定杆固定偏置安装在机器人本体末端，标定杆末端沿轴线安装千分表。标定方法为千分表测头小球在三个以上不同位置与标定平面接触，计算出标定平面的法向；获得两个标定平面法向后，根据这两个法向垂直约束，可列出含有标定参数的约束方程，改变标定块位置和选取不同接触点，可获得一系列约束方程，最小二乘法求得工业机器人运动学参数的标定结果。但该方法严重依赖于标定块上两标定面是平面并严格垂直这一前提，当无法满足该条件时，标定的效果难以得到提高。

例如中国专利CN109304730A，公开了一种基于激光测距仪的机器人运动学参数标定方法，该标定装置包括激光测距仪及标定板，标定板表面是一平面，标定板固定在机器人工作空间内，激光测距仪安装在机器人末端。标定方法为控制机器人运动，使标定板处于激光测距仪量程内，末端每处于一个不同的位置，便采集一次各关节的关节角度值以及激光测距仪的读数值。得到多组测量数据后，依据得到的映射关系及多组测量数据来获得多个点，并依据获得的多个点及共面条件确定机器人的运动学参数误差。但该方法对标定板表面的平面度有着较高的要求，实际中往往难以满足；同时，该方法对末端关节坐标系到激光测距仪坐标系的转换矩阵的精度要求较为苛刻，而工程实际中，采用多点法标定工具坐标系时，精度往往不能达到要求。

发明内容

本发明的目的是解决现有针对关节机器人运动学参数辨识方法，采用激光跟踪仪测量安装在机器人末端的靶球的微分运动来辨识机器人的运动学参数；或者采用专用的标定块来进行运动学参数辨识，存在标定步骤繁琐，且标定器材价格昂贵的问题，而提供一种基于激光传感器的关节机器人运动学参数辨识方法。