[发明专利]一种基于指数积模型的机器人标定方法

摘要

本发明公开了一种基于指数积模型的机器人标定方法，包括步骤：提供工业机器人、独立于机器人的测量仪器、末端立体成像设备及一立体标定块；根据旋量理论与指数积相结合的方式建立机器人运动学模型；给出各关节参数的封闭解，利用线性方法直接求出关节旋量参数，并对机器人关节角的名义值进行补偿，避免了机器人坐标系与测量坐标系的转换，而且标定过程简单，只需各关节旋转一次的同时测量末端n(n≥3)个标记点的坐标值即可实现标定。本发明是一种实现简单、稳定性好、引入外界误差小的机器人标定方法。

主权项

1.一种基于指数积模型的机器人标定方法，其特征在于包括如下步骤：(1)提供工业上使用的机器人、独立于机器人的测量仪器、末端立体成像设备及一立体标定块；末端立体成像设备采取可拆分式连接方式安装于机器人末端，测量仪器安装在标定现场的地面支架上，立体标定块位于标定现场测量仪器与末端立体成像设备均能检测的部位；(2)在测量仪器上建立世界坐标系，并表示为{W}，在末端立体成像设备上建立工具坐标系，并表示为{T}；设定机器人有6个串联的旋转关节，根据旋量理论与指数积相结合的方式建立机器人运动学模型，得到机器人末端工具坐标系与世界坐标系之间的变换关系，根据指数积公式，该运动学模型与各关节运动旋量有如下关系：gwt(θ)=eθ1ξ^1eθ2ξ^2eθ3ξ^3eθ4ξ^4eθ5ξ^5eθ6ξ^6gwt(0)]]>其中向量θ＝[θ₁，...，θ₆]^T是机器人各关节的旋转角度，可从机器人控制器中读取，称为机器人关节角名义值，g_wt(θ)和g_wt(0)分别表示机器人在任意位置时和参考位置时世界坐标系与工具坐标系之间的变换关系，由旋转矩阵和平移向量组成，表现为4×4的矩阵，为运动旋量，表现为4×4的矩阵，是的指数矩阵，也表现为4×4的矩阵，包括旋量参数ω_i和r_i，其中ω_i和r_i分别为关节轴的单位方向矢量和位置矢量，ω_i和r_i都是三维向量，i＝1，...，6；(3)根据机器人标定现场选择适合的姿态作为机器人参考位置，首先利用测量仪器获得立体标定块上的点在世界坐标系下的坐标值，然后利用末端立体成像设备采集立体标定块的图像来标定参考位置时工具坐标系与世界坐标系的变换关系g_wt(0)；(4)在机器人末端上设计点数为n且n≥3的末端标记点，并利用测量仪器测得这些末端标记点在世界坐标系下的坐标，记为X_w1，X_w1为n个标记点的齐次坐标表示，为4×n的矩阵；以机器人第i关节为例，首先控制机器人从参考位置开始绕第i关节旋转θ角度，然后利用测量仪器再次测得末端标记点在世界坐标系下的坐标值，记为X_w2，矩阵大小同X_w1；最后利用X_w1和X_w2求出第i关节的运动旋量以及旋转角度的测量值θ′；(5)重复上述步骤(4)直至标定机器人所有关节参数；(6)利用步骤(4)或(5)中获得的旋转角度的测量值θ′，及机器人关节角名义值θ计算各关节旋转角的误差即Δθ＝θ′-θ，根据每个关节角的误差Δθ_i(i＝1，...，6)补偿任意位置下机器人旋转角的名义值θ_i得到θ_i+Δθ_i，最终得到任意位置下精确的变换关系g_wt(θ+Δθ)。