[发明专利]一种基于直线位移传感器的工业机器人运动学参数的标定方法

摘要

本发明公开一种基于直线位移传感器的工业机器人运动学参数的标定方法，属于机器人技术领域。该方法将传感器固定于机器人工作空间内若干位置，根据示教程序指令让机器人运动到不同的指定位置停止，并通过传感器获取机器人末端TCP与传感器基准位置的距离数据，记录关节角度值；然后进行粗标定，利用机器人TCP获得传感器的基准位置的初始值，根据测量数据和标定方程，获得传感器基准位置的较准确值，只考虑关节角度零位偏差得到标定方程，完成粗标定；接着进行精标定，考虑机器人所有DH参数、末端连杆参数、传感器零位偏差，建立标定方程，多次迭代后完成标定。本发明具有结构简单、容易实现、标定精度高及收敛速度快等特点。

主权项

1.一种基于直线位移传感器的工业机器人运动学参数的标定方法，其特征在于该标定方法包括以下步骤：第一步：直线位移传感器固定在若干位置获取测量数据：(1.1)直线位移传感器固定在某任意位置，对工业机器人进行示教；(1.2)根据示教程序指令让所述工业机器人运动到指定位置停止，并记录所述工业机器人在不同位置时所述直线位移传感器的数据及所述工业机器人的关节角度值；(1.3)改变所述直线位移传感器的位置并固定，对所述工业机器人进行示教，重复步骤(1.2)；(1.4)重复步骤(1.3)若干次，直线位移传感器位置数为1到3；第二步：直线位移传感器固定在每个位置时的粗标定：(2.1)首先让所述工业机器人末端TCP尽可能靠近所述直线位移传感器，获取TCP位置，并把此位置作为所述直线位移传感器的基准位置初值，记为基准点P′0(x'0,y'0,z'0)；(2.2)根据所述直线位移传感器的基准位置初值、测量数据和机器人名义参数，标定所述直线位移传感器的基准位置；得到方程：(xnj‑xni)Δx+(ynj‑yni)Δy+(znj‑zni)Δz＝l′ijl′ij＝lij‑[(xnj‑xni)x'0+(ynj‑yni)y'0+(znj‑zni)z'0]方程中名义坐标Pni(xni,yni,zni)是工业机器人运动到每个位置时TCP的位置，是根据机器人前向运动学，采用机器人名义参数计算出的；拉线传感器的基准位置真实值为P0(x0,y0,z0)，则拉线传感器基准位置偏差ΔP0：ΔP0(Δx,Δy,Δz)＝ΔP0(x0‑x'0,y0‑y'0,z0‑z'0)，通过最小二乘法计算得到位置偏差ΔP0；(2.3)根据标定出的所述直线位移传感器基准位置与建立的标定模型对所述工业机器人的关节零位偏差和所述直线位移传感器基准位置偏差进行粗标定；得到方程：方程中Δθ是关节零位偏差列向量，Jixθ是机器人x坐标方程对关节角度的雅可比行向量，其他两个雅可比行向量分别对应y和z坐标，三个雅可比行向量均为已知值，通过最小二乘法计算得到这些偏差，获得关节角度零位偏差和拉线传感器基准位置的粗标定位置；第三步：综合所述直线位移传感器所有位置粗标定结果的精标定：(3.1)建立标定模型，对所述工业机器人所有DH参数、末端连杆参数和所述直线位移传感器的零位偏差进行标定；首先得到拉线传感器在每个位置的标定方程：aix＝x′0‑xni,aiy＝y′0‑yni,aiz＝z′0‑zni方程中li是测量距离，Δl是零位偏差，Jixρ是工业机器人x坐标方程对标定参数向量Δρ的雅可比行向量，其他两个雅可比行向量分别对应y和z坐标，三个雅可比行向量均为已知值，方程中只有机器人标定参数向量Δρ、传感器基准位置偏差ΔP0(Δx,Δy,Δz)和零位偏差Δl是未知，且是偏差的线性方程；最后，采用整体标定的方法，即利用拉线传感器每个位置的测量数据，分别建立对应的方程，然后把所有这些方程整合成一个大的线性方程组，进行标定；得到方程方程中k＝1,...,m为拉线传感器位置编号，m为拉线传感器不同位置数，取1到3，每个位置的示教点数为N_k＝N₁,...,N_m，拉线传感器每个位置的实际坐标为粗标定的坐标为位置偏差为综合所有示教点，可得个线性方程，通过最小二乘法解此线性方程组，可得到工业机器人标定参数向量Δρ、拉线传感器零位偏差Δl和拉线传感器在每个位置的基准位置偏差(3.2)迭代标定，多次重复步骤(3.1)，重复步骤(3.1)四次后标定结果变化足够小，标定结束。