專利名稱：機械臂運動學(xué)參數(shù)分離辨識方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及機器人標(biāo)定領(lǐng)域，尤其涉及一種將姿態(tài)參數(shù)和位置參數(shù)分離辨識的機械臂運動學(xué)參數(shù)辨識方法。
背景技術(shù)：
機器人參數(shù)辨識是提高精度的重要手段，對于機器人離線編程和視覺引導(dǎo)下操作的成功具有重要的意義。機器人各連桿的幾何參數(shù)誤差是造成機器人定位誤差的最主要環(huán)節(jié)，它主要是由于制造和安裝過程中產(chǎn)生的連桿實際幾何參數(shù)與名義參數(shù)值之間的偏差造成的，一般被視為系統(tǒng)誤差。此外，一些影響因素如環(huán)境、機械變形被視為隨機誤差。所謂辨識就是運用先進的測量手段和適當(dāng)?shù)膮?shù)識別方法辨識出機器人模型的準確參數(shù)，從而提高機器人精度的過程。目前，對機器人運動學(xué)參數(shù)的辨識，國內(nèi)外進行了大量的研究。通常采用的方法是先建立適當(dāng)?shù)倪\動學(xué)誤差模型，然后精確測量幾組位姿，最后獲得實際模型參數(shù)并運用正向運動學(xué)求解實際位姿。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是針對目前運動學(xué)標(biāo)定方法的不足提供一種參數(shù)分離辨識方法，該方法操作簡單且精度大大提高。其技術(shù)解決方案包括如下步驟(1)利用激光跟蹤儀建立基坐標(biāo)系Σ B和末端坐標(biāo)系Σ τ。將三靶球與末端執(zhí)行器固連，采用三點不共線布點結(jié)構(gòu)建立輔助坐標(biāo)系Σ F。利用坐標(biāo)系之間的轉(zhuǎn)化關(guān)系，求得末端坐標(biāo)系Σ τ在基坐標(biāo)系Σ B下的姿態(tài)矩陣R。根據(jù)姿態(tài)矩陣R和所建立的姿態(tài)參數(shù)誤差模型，對姿態(tài)參數(shù)進行標(biāo)定。(2)利用實測的末端執(zhí)行器位置和辨識好的姿態(tài)參數(shù)對分離后的位置參數(shù)進行辨識，最終實現(xiàn)機械臂運動學(xué)參數(shù)辨識。本發(fā)明的優(yōu)點是(1)通過將末端執(zhí)行器齊次變換矩陣中的姿態(tài)矩陣和位置向量進行分離，有效防止了數(shù)量級較小的姿態(tài)誤差被數(shù)量級較大的位置誤差淹沒。(2)提出一種無需計入關(guān)節(jié)位置誤差的機械臂D-H參數(shù)辨識方法，避免關(guān)節(jié)位置測量誤差的同時，保證了齊次變換矩陣誤差補償?shù)母呔忍卣鳌?3)利用激光跟蹤儀，采用三點不共線布點結(jié)構(gòu)建立靶座輔助坐標(biāo)系求得末端執(zhí)行器在基系下的姿態(tài)矩陣，克服了傳統(tǒng)等腰三角形布點結(jié)構(gòu)的局限性。


圖1是機器人運動學(xué)參數(shù)辨識流程圖。圖2是姿態(tài)測量中各坐標(biāo)系之間關(guān)系。
0J 二 0TH …“J =(2)建立誤差模型齊次坐標(biāo)變換矩陣主要有旋轉(zhuǎn)矩陣R和平移向量P組成。其中，旋轉(zhuǎn)矩陣R是 {α，θ，β}的函數(shù)，平移向量P是{α，θ , β , a, d}的函數(shù)。關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)角度θ所帶來的誤差對于機械臂末端位姿精度影響巨大，但該類誤差通常受伺服特性和外部擾動的影響而難以確定。因此，在建立誤差模型時將θ排除在外，通過補償{>，β , a, d}來彌補θ所帶來的關(guān)節(jié)誤差。本發(fā)明主體思路為首先利用旋轉(zhuǎn)矩陣R建立的姿態(tài)誤差模型對{ α，β }兩組參數(shù)進行標(biāo)定，再利用辨識好的，β}和位置誤差模型對{a，d}進行標(biāo)定，從而分兩步將機器人D-H參數(shù)誤差進行辨識。建立姿態(tài)誤差模型設(shè)σ ζ、ζ y、Yx分別代表末端參考系繞基座坐標(biāo)系相應(yīng)軸的轉(zhuǎn)角，根據(jù)旋轉(zhuǎn)矩陣與歐拉角之間的轉(zhuǎn)化公式可得
γ 二 Atan2(-nz，^jnx2+ny2)] σΖ 二 Atan2{ny ,nx)(3)
yx=Atan2(oz,a)
具體實施例方式(1)修正D-H模型經(jīng)典的D-H模型中相鄰兩軸平行或接近平行時存在奇異點，在此基礎(chǔ)上增加一項繞y軸旋轉(zhuǎn)β角度的變換，以克服奇異點問題，修正好的坐標(biāo)變換矩陣為
權(quán)利要求
1.通過將末端執(zhí)行器齊次變換矩陣中的姿態(tài)矩陣和位置向量進行分離，分別建立姿態(tài)誤差模型和位置誤差模型，將運動學(xué)參數(shù)分離辨識，有效防止了數(shù)量級較小的姿態(tài)誤差被數(shù)量級較大的位置誤差淹沒。
2.提出一種無需計入關(guān)節(jié)位置誤差的機械臂D-H參數(shù)辨識方法，在建立誤差模型時將 θ排除在外，通過補償{>，β，a，d}來彌補θ所帶來的關(guān)節(jié)誤差，避免關(guān)節(jié)位置測量誤差的同時，保證了齊次變換矩陣誤差補償?shù)母呔忍卣鳌?br> 3.利用激光跟蹤儀建立基坐標(biāo)系和與末端執(zhí)行器固連的末端坐標(biāo)系，并采用三點不共線布點結(jié)構(gòu)建立靶座輔助坐標(biāo)系，利用三個坐標(biāo)系之間的旋轉(zhuǎn)關(guān)系求得末端執(zhí)行器在基系下的姿態(tài)矩陣，克服了傳統(tǒng)等腰三角形布點結(jié)構(gòu)的局限性。
全文摘要
基于激光跟蹤儀位置測量原理和機械臂微分運動原理，通過將末端執(zhí)行器齊次變換矩陣中的姿態(tài)矩陣和位置向量進行分離，提出一種無需計入關(guān)節(jié)位置誤差的機械臂D-H參數(shù)辨識方法。首先，通過測得末端執(zhí)行器在基系下的姿態(tài)矩陣對姿態(tài)參數(shù)進行辨識；然后，利用辨識好的姿態(tài)參數(shù)和實測的末端位置對分離后的位置參數(shù)進行辨識；最終實現(xiàn)機械臂運動學(xué)參數(shù)辨識。
文檔編號G06T7/20GK102314690SQ20111015000
公開日2012年1月11日 申請日期2011年6月7日 優(yōu)先權(quán)日2011年6月7日
發(fā)明者孫漢旭, 張巖, 朱寧寧, 賈慶軒, 陳鋼 申請人:北京郵電大學(xué)