一種機(jī)器臂的定位方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及機(jī)器人控制技術(shù)領(lǐng)域，尤其是一種機(jī)器臂的定位方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 多自由度的機(jī)器臂的定位控制是多自由度機(jī)器臂的一大難點(diǎn)，若對機(jī)器臂末端的 定位誤差不進(jìn)行修正，則會在多次移動過程中產(chǎn)生誤差累積，最終致使機(jī)器臂無法正常工 作?，F(xiàn)有技術(shù)中對于多自由度機(jī)器臂的定位一般是通過獨(dú)立的終端測量裝置，對于機(jī)器臂 的末端位置進(jìn)行測量，從而達(dá)到機(jī)器臂末端位置誤差修正的目的。例如中國發(fā)明專利CN 102121827B公開了一種移動機(jī)器人定位系統(tǒng)及其定位方法，使用超聲激光和航位推測定位 系統(tǒng)對機(jī)器人進(jìn)行獨(dú)立的定位和位置修正；除此之外，還有實(shí)用GPS、巧螺儀、全息圖像等 多種不同的方式進(jìn)行定位和位置修正的方法。不過，運(yùn)類現(xiàn)有技術(shù)的方法都是直接對需要 定位的終端進(jìn)行直接測量，并根據(jù)測量結(jié)果進(jìn)行誤差修正，由于多自由度機(jī)器臂的活動關(guān) 節(jié)為串聯(lián)設(shè)置，所W針對終端測量結(jié)果對多個(gè)自由度的機(jī)器臂進(jìn)行誤差修正時(shí)，會由于每 個(gè)活動關(guān)節(jié)相互串聯(lián)影響，造成修正時(shí)間過長。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種器臂的定位方法，能夠解決現(xiàn)有技術(shù)的不 足，改變了現(xiàn)有技術(shù)的修正方法，提高了多自由度的機(jī)器臂誤差修正的速度。
[0004] 為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明所采取的技術(shù)方案如下。
[0005] 一種機(jī)器臂的定位方法，步驟如下：
[0006] A、在機(jī)器臂已有的設(shè)置在活動關(guān)節(jié)上的編碼器的基礎(chǔ)上，在機(jī)器臂的每個(gè)活動關(guān) 節(jié)設(shè)置一個(gè)獨(dú)立的角度檢測裝置，對機(jī)器臂每個(gè)活動關(guān)節(jié)的角度進(jìn)行測量；
[0007] B、控制終端使用編碼器采集到的活動關(guān)節(jié)的轉(zhuǎn)動角度對機(jī)器臂的運(yùn)動軌跡進(jìn)行 控制；
[0008] C、通過角度檢測裝置對機(jī)器臂上每個(gè)活動關(guān)節(jié)實(shí)際位置的測量，得出活動關(guān)節(jié)的 實(shí)際角度與目標(biāo)角度的誤差；
[0009] D、設(shè)定每個(gè)活動關(guān)節(jié)的角度誤差與機(jī)器臂末端位置的第一關(guān)聯(lián)因數(shù)和每個(gè)活動 關(guān)節(jié)與其下游活動關(guān)節(jié)的第二關(guān)聯(lián)因數(shù)，然后使用第一關(guān)聯(lián)因數(shù)和第二關(guān)聯(lián)因數(shù)對每一個(gè) 活動關(guān)節(jié)進(jìn)行角度調(diào)整；
[0010] 其中，下游活動關(guān)節(jié)的定義為：目標(biāo)活動關(guān)節(jié)與機(jī)器臂末端之間與目標(biāo)活動關(guān)節(jié) 直接連接的活動關(guān)節(jié)，稱為目標(biāo)活動關(guān)節(jié)的下游活動關(guān)節(jié)。
[0011] 作為本發(fā)明的一種優(yōu)選技術(shù)方案，步驟D中，調(diào)整順序?yàn)橛蓹C(jī)器臂與底座連接的 第一個(gè)活動關(guān)節(jié)開始依次向機(jī)器臂的末端方向調(diào)整。
[0012] 作為本發(fā)明的一種優(yōu)選技術(shù)方案，步驟D中，對于第一關(guān)聯(lián)因數(shù)和第二關(guān)聯(lián)因數(shù) 的使用方法為，使用目標(biāo)活動關(guān)節(jié)的第一關(guān)聯(lián)因數(shù)確定目標(biāo)活動關(guān)節(jié)與機(jī)器臂末端之間的 第一正向系數(shù)，使用目標(biāo)活動關(guān)節(jié)的第二關(guān)聯(lián)因數(shù)確定目標(biāo)活動關(guān)節(jié)與其下游活動關(guān)節(jié)的 第一中間正向系數(shù)，然后使用下游活動關(guān)節(jié)與機(jī)器臂末端之間的第一關(guān)聯(lián)因數(shù)確定下游活 動關(guān)節(jié)與機(jī)器臂末端之間的第二中間正向系數(shù)，最后使用第一中間正向系數(shù)和第二中間正 向系數(shù)得到目標(biāo)活動關(guān)節(jié)與機(jī)器臂末端之間的第二正向系數(shù)，通過第一正向系數(shù)和第二正 向系數(shù)的加權(quán)數(shù)據(jù)融合結(jié)構(gòu)確定目標(biāo)活動關(guān)節(jié)的調(diào)整角度。
[0013] 采用上述技術(shù)方案所帶來的有益效果在于：本發(fā)明通過對多自由度機(jī)器臂上每個(gè) 活動關(guān)節(jié)的單獨(dú)測量，針對每個(gè)活動關(guān)節(jié)觸點(diǎn)誤差進(jìn)行依次修正；修正過程中，根據(jù)每個(gè)活 動關(guān)節(jié)相互關(guān)聯(lián)系數(shù)的大小，對活動關(guān)節(jié)調(diào)整的幅度進(jìn)行針對性地改變，從而實(shí)現(xiàn)減少活 動關(guān)節(jié)調(diào)整幅度，減少同一活動關(guān)節(jié)往復(fù)調(diào)整的次數(shù)，縮短了整個(gè)機(jī)器臂的調(diào)整時(shí)長。
【附圖說明】
[0014] 圖1是本發(fā)明中確定第一關(guān)聯(lián)因數(shù)和第二關(guān)聯(lián)因數(shù)的原理圖。
[0015] 圖2是本發(fā)明中反向修正過程中確定修正系數(shù)的原理圖。
【具體實(shí)施方式】
[0016] 一種機(jī)器臂的定位方法，步驟如下：
[0017] A、在機(jī)器臂已有的設(shè)置在活動關(guān)節(jié)上的編碼器的基礎(chǔ)上，在機(jī)器臂的每個(gè)活動關(guān) 節(jié)設(shè)置一個(gè)獨(dú)立的角度檢測裝置，對機(jī)器臂每個(gè)活動關(guān)節(jié)的角度進(jìn)行測量；
[0018] B、控制終端使用編碼器采集到的活動關(guān)節(jié)的轉(zhuǎn)動角度對機(jī)器臂的運(yùn)動軌跡進(jìn)行 控制；
[0019] C、通過角度檢測裝置對機(jī)器臂上每個(gè)活動關(guān)節(jié)實(shí)際位置的測量，得出活動關(guān)節(jié)的 實(shí)際角度與目標(biāo)角度的誤差；
[0020] D、設(shè)定每個(gè)活動關(guān)節(jié)的角度誤差與機(jī)器臂末端位置的第一關(guān)聯(lián)因數(shù)和每個(gè)活動 關(guān)節(jié)與其下游活動關(guān)節(jié)的第二關(guān)聯(lián)因數(shù)，然后使用第一關(guān)聯(lián)因數(shù)和第二關(guān)聯(lián)因數(shù)對每一個(gè) 活動關(guān)節(jié)進(jìn)行角度調(diào)整；
[0021] 其中，下游活動關(guān)節(jié)的定義為：目標(biāo)活動關(guān)節(jié)與機(jī)器臂末端之間與目標(biāo)活動關(guān)節(jié) 直接連接的活動關(guān)節(jié)，稱為目標(biāo)活動關(guān)節(jié)的下游活動關(guān)節(jié)。
[0022] 值得注意的是，步驟D中，調(diào)整順序?yàn)橛蓹C(jī)器臂與底座連接的第一個(gè)活動關(guān)節(jié)開 始依次向機(jī)器臂的末端方向調(diào)整。
[0023] 此外，步驟D中，對于第一關(guān)聯(lián)因數(shù)和第二關(guān)聯(lián)因數(shù)的使用方法為，使用目標(biāo)活動 關(guān)節(jié)的第一關(guān)聯(lián)因數(shù)確定目標(biāo)活動關(guān)節(jié)與機(jī)器臂末端之間的第一正向系數(shù)，使用目標(biāo)活動 關(guān)節(jié)的第二關(guān)聯(lián)因數(shù)確定目標(biāo)活動關(guān)節(jié)與其下游活動關(guān)節(jié)的第一中間正向系數(shù)，然后使用 下游活動關(guān)節(jié)與機(jī)器臂末端之間的第一關(guān)聯(lián)因數(shù)確定下游活動關(guān)節(jié)與機(jī)器臂末端之間的 第二中間正向系數(shù)，最后使用第一中間正向系數(shù)和第二中間正向系數(shù)得到目標(biāo)活動關(guān)節(jié)與 機(jī)器臂末端之間的第二正向系數(shù)，通過第一正向系數(shù)和第二正向系數(shù)的加權(quán)數(shù)據(jù)融合結(jié)構(gòu) 確定目標(biāo)活動關(guān)節(jié)的調(diào)整角度。
[0024] 其中，角度檢測裝置優(yōu)選為光柵。第一關(guān)聯(lián)因數(shù)為Sinai,第二關(guān)聯(lián)系數(shù)為 Sin a 2, a 1為目標(biāo)活動關(guān)節(jié)和機(jī)器臂末端的連線與目標(biāo)活動關(guān)節(jié)和下游活動關(guān)節(jié)之間連接 臂的夾角，a 2為下游活動關(guān)節(jié)兩側(cè)的兩個(gè)活動關(guān)節(jié)的連線與目標(biāo)活動關(guān)節(jié)和下游活動關(guān) 節(jié)之間連接臂的夾角。 陽O巧]第一正向系數(shù)：
[0027] 第一中間正向系數(shù)：
[0029] 第二中間正向系數(shù)：
陽0川第二正向系數(shù)：
[0033] 角度誤差調(diào)整比例：
陽0對其中，Xi、X2、X3為目標(biāo)活動關(guān)節(jié)的S維位置誤差，y I、y2、y3為下游活動關(guān)節(jié)的；維 位置誤差，Li為目標(biāo)活動關(guān)節(jié)與機(jī)器臂末端連線的長度，Lz為目標(biāo)活動關(guān)節(jié)與下游活動關(guān) 節(jié)之間連接臂的長度。
[0036] 在進(jìn)行完上述調(diào)整后，機(jī)器臂的末端達(dá)到目標(biāo)位置，但是其中的各個(gè)活動關(guān)節(jié)還 存在一定的位置誤差，運(yùn)時(shí)從距離機(jī)器臂末端最近的活動關(guān)節(jié)開始，進(jìn)行反向修正，修正過 程中始終保持每一段連接臂靠近機(jī)器臂的一端位置不變，單獨(dú)對另一端的位置進(jìn)行修正。 運(yùn)一修正過程不會影響機(jī)器臂末端的位置，可在機(jī)器臂靜止時(shí)進(jìn)行，所W不影響整個(gè)機(jī)器 臂的修正時(shí)間。修正過程中，修正系數(shù)為：
[0037] A 2= L COS 曰 3，
[003引其中，L為修正端點(diǎn)靠近機(jī)器臂末端一側(cè)的連接臂的長度，a 3為修正端點(diǎn)處兩個(gè) 連接臂的夾角。
[0039] 下表為6自由度機(jī)器臂使用本發(fā)明技術(shù)方案和使用現(xiàn)有技術(shù)的技術(shù)方案進(jìn)行定 位修正的調(diào)整時(shí)間：
[0040]
[0041] 而且，經(jīng)過實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，自由度越多的機(jī)器臂，使用本發(fā)明的技術(shù)方案時(shí)，調(diào)整時(shí)間 減少的效果越明顯。
[0042] 上述描述僅作為本發(fā)明可實(shí)施的技術(shù)方案提出，不作為對其技術(shù)方案本身的單一 限制條件。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種機(jī)器臂的定位方法，其特征在于步驟如下： A、 在機(jī)器臂已有的設(shè)置在活動關(guān)節(jié)上的編碼器的基礎(chǔ)上，在機(jī)器臂的每個(gè)活動關(guān)節(jié)設(shè) 置一個(gè)獨(dú)立的角度檢測裝置，對機(jī)器臂每個(gè)活動關(guān)節(jié)的角度進(jìn)行測量； B、 控制終端使用編碼器采集到的活動關(guān)節(jié)的轉(zhuǎn)動角度對機(jī)器臂的運(yùn)動軌跡進(jìn)行控 制； C、 通過角度檢測裝置對機(jī)器臂上每個(gè)活動關(guān)節(jié)實(shí)際位置的測量，得出活動關(guān)節(jié)的實(shí)際 角度與目標(biāo)角度的誤差； D、 設(shè)定每個(gè)活動關(guān)節(jié)的角度誤差與機(jī)器臂末端位置的第一關(guān)聯(lián)因數(shù)和每個(gè)活動關(guān)節(jié) 與其下游活動關(guān)節(jié)的第二關(guān)聯(lián)因數(shù)，然后使用第一關(guān)聯(lián)因數(shù)和第二關(guān)聯(lián)因數(shù)對每一個(gè)活動 關(guān)節(jié)進(jìn)行角度調(diào)整； 其中，下游活動關(guān)節(jié)的定義為：目標(biāo)活動關(guān)節(jié)與機(jī)器臂末端之間與目標(biāo)活動關(guān)節(jié)直接 連接的活動關(guān)節(jié)，稱為目標(biāo)活動關(guān)節(jié)的下游活動關(guān)節(jié)。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的機(jī)器臂的定位方法，其特征在于：步驟D中，調(diào)整順序?yàn)橛蓹C(jī) 器臂與底座連接的第一個(gè)活動關(guān)節(jié)開始依次向機(jī)器臂的末端方向調(diào)整。3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的機(jī)器臂的定位方法，其特征在于：步驟D中。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種機(jī)器臂的定位方法，通過設(shè)定第一關(guān)聯(lián)因數(shù)和第二關(guān)聯(lián)因數(shù)，對各個(gè)活動關(guān)節(jié)的角度進(jìn)行依次修正。本發(fā)明能夠解決現(xiàn)有技術(shù)的不足，改變了現(xiàn)有技術(shù)的修正方法，提高了多自由度的機(jī)器臂誤差修正的速度。
【IPC分類】B25J13/08
【公開號】CN105643642
【申請?zhí)枴?br>【發(fā)明人】宋明安, 王小龍, 孫潔, 同彥恒, 李志博, 麻輝
【申請人】寧夏巨能機(jī)器人系統(tǒng)有限公司
【公開日】2016年6月8日
【申請日】2014年12月2日