CN105666490A - 一种机器人的标定系统及方法 - Google Patents

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CN105666490A
CN105666490A CN201610017524.0A CN201610017524A CN105666490A CN 105666490 A CN105666490 A CN 105666490A CN 201610017524 A CN201610017524 A CN 201610017524A CN 105666490 A CN105666490 A CN 105666490A
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高贯斌
张怀山
那靖
伞红军
伍星
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昆明理工大学
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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25JMANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
    • B25J9/00Programme-controlled manipulators
    • B25J9/16Programme controls
    • B25J9/1679Programme controls characterised by the tasks executed
    • B25J9/1692Calibration of manipulator

Abstract

本发明涉及一种机器人的标定系统及方法,属于机器人标定领域。本发明包括标定装置、机器人、计算机、机器人电缆、标定装置电缆;所述标定装置通过标定装置电缆与计算机连接通讯,机器人通过机器人电缆与计算机连接通讯;通过计算机采集标定装置的数据以及机器人的关节转角,并根据连续两次采集到标定装置的数据计算机器人末端在空间两点的距离;所述标定装置的数据包括拉线传感器的长度、角度传感器Ⅰ的角度、角度传感器Ⅱ的角度。本发明为结构参数解算提供了鲁棒性更强的数据支持同时标定操作更加灵活轻便;提高了结构参数解算的可靠性和精度;由于不需要测出机器人末端的坐标值,因此简化了操作步骤并提高了标定效率。

Description

一种机器人的标定系统及方法
技术领域
[0001] 本发明涉及一种机器人的标定系统及方法,属于机器人标定领域。
背景技术
[0002] 随着机器人在各个行业的广泛运用,业界对工业机器人在运动时在空间上的重复 定位精度与绝对定位精度有严格的要求,现今机器人重复定位精度比较高,绝对定位精度 却很低,一般相差一个数量级以上,绝对定位精度问题已经严重制约了工业机器人的应用 能力和应用范围。由于机器人是一种多自由度设备,这种结构形式存在误差累积放大的缺 点,各级关节的结构参数误差会被逐级放大,从而造成机器人的精度降低。
[0003] 标定是消除机器人结构参数误差的有效方法,目前常用的机器人标定方法一般都 要借助激光跟踪仪、激光干涉仪、三坐标测量机等精密测量仪器。
[0004] 以上方法的共同特点是设备非常昂贵,安装调试及操作比较复杂,主要适合于机 器人制造企业实验室场合应用,操作过程依赖于操作人员的水平且非常浪费时间,难以实 现自动化。
发明内容
[0005] 本发明提供了一种机器人的标定系统及方法,以解决现有设备昂贵、安装操作复 杂或定位精度低等问题。
[0006] 本发明的技术方案是:一种机器人的标定系统,包括标定装置、机器人19、计算机 20、机器人电缆21、标定装置电缆;
[0007] 所述标定装置通过标定装置电缆与计算机20连接通讯,机器人19通过机器人电缆 21与计算机20连接通讯;通过计算机20采集标定装置的数据以及机器人19的关节转角,并 根据连续两次采集到标定装置的数据计算机器人19末端在空间两点的距离;所述标定装置 的数据包括拉线传感器17的拉线长度、角度传感器15的角度、角度传感器Π 14的角度。
[0008] 所述标定装置包括下底板1、轴承座12、圆锥滚子轴承13、阻挡片4、角度传感器15、 旋转轴16、轴承座Π 7、圆锥滚子轴承Π 8、支撑柱9、上底板10、连接块11、旋转轴Π 12、转向 环13、角度传感器Π 14、深沟球轴承115、深沟球轴承Π 16、拉线传感器17、连接杆18;
[0009] 所述轴承座12安装在下底板1上,圆锥滚子轴承13安装于轴承座12内,旋转轴16的 下端安装在圆锥滚子轴承13内,角度传感器15安装在旋转轴16上,阻挡片4一端安装在角度 传感器15上,阻挡片4另一端安装在下底板1上,轴承座Π 7安装在上底板10上,上底板10与 下底板1通过支撑柱9连接,圆锥滚子轴承Π 8安装于轴承座Π 7内,旋转轴16的上端安装在 圆锥滚子轴承Π 8内,连接块11安装在旋转轴16的末端,连接块11 一端安装有深沟球轴承I 15,连接块11另一端安装有深沟球轴承Π 16,旋转轴Π 12的一端安装在深沟球轴承115内, 旋转轴Π 12的另一端安装在深沟球轴承Π 16内,转向环13安装在旋转轴Π 12上,随旋转轴 Π 12-起转动,拉线传感器17的拉线安装在转向环13上,连接杆18安装在拉线传感器17上, 角度传感器Π 14的转动轴安装在旋转轴Π 12上,角度传感器Π 14安装在连接块11上。
[0010] 所述标定装置电缆包括拉线传感器电缆22、角度传感器电缆Π 24、角度传感器电 缆 123;
[0011] 所述标定装置中拉线传感器17、角度传感器15、角度传感器Π 14分别通过拉线传 感器电缆22、角度传感器电缆Π 24、角度传感器电缆123与计算机20连接通讯。
[0012] -种机器人的标定方法,所述方法的具体步骤如下:
[0013] Stepl、将拉线传感器17通过连接杆18固定在机器人19上,并将拉线传感器17的拉 线与转向环13连接,从而实现标定装置与机器人19的连接;
[0014] Step2、上电,打开拉线传感器17、角度传感器15、角度传感器Π 14、机器人19,并将 机器人19移动至初始位姿且满足初始化计数变量v = 0;
[0015] Step3、判断是否完成数据采集操作;
[0016]若已经完成数据采集则转至Step7,若尚未完成则转至Step4;
[0017] Step4、计数变量自增l:v = v+l;
[0018] Step5、通过计算机20采集拉线传感器17的拉线长度、角度传感器15的读数、角度 传感器Π 14的读数(为拉线传感器17的拉线在竖直方向上与水平面的夹角)和机器人19的 关节转角数据;
[0019] St ep6、变换机器人19的位姿,变换的原则为:按照关节顺序的大小依次变换每个 关节的转角(如:按照关节从小到大的原则依次变换,关节一从0°变换到10°,下一次再从 10°变换到20°,以此类推,每次变换关节的角度增加10°,一直增加到350°,即完成此关节的 位姿变换,其余关节也按照这种方法运动,用户也可增加或减少位姿的变换次数,以便获得 更多数据);其中所有关节变换次数为t,每变换一次就返回到步骤Step3进行判断;
[0020] Step7、完成数据采集后令t = v;
[0021 ] Step8、机器人19末端空间连续两点i与j距离I i, j的计算:
[0022]数据采集完成后,利用采集到的标定装置的数据可计算机器人19末端空间连续两 点i与j距离1^;由于旋转轴16的轴线,旋转轴Π 12的轴线,拉线传感器17拉线的延长线相 交于同一点〇,转向环13末端到〇点的距离为1〇,因此能建立机器人19末端空间连续两点i与 j距离的空间几何关系,求出h,^选择旋转轴Π 12轴线所在平面为水平面,首先根据拉 线传感器17的拉线长度以及角度传感器Π 14的读数计算机器人19末端位置i、j到水平面投 影点k、p的距离I1,k、U P;其次根据拉线传感器17的拉线长度、角度传感器15与角度传感器 Π 14的读数计算投影点的长度lk,P,最后根据勾股定理即可计算出机器人19末端空间连续 两点i与j距离;
[0023]机器人19末端位置i与j到投影点k与p距离h,的计算:
[0024] li,k= (li+lo)sin9i
[0025] lj,p = (lj+lo)sin9j
[0026] 投影点长度lk,P的计算:
[0027] l〇,k=(li+lo)cos9i
[0028] l〇,p = (lj+lo)cos0j
[0029] 根据余弦定理lk,P2 = Iikhlc^p2HA · 1。,p · cos9k,p,得到lk,p;
[0030] 机器人19末端位置i与j距离的计算:
[0031] ln,k=lj,p
[0032]
Figure CN105666490AD00071
[0033]
[0034] 根据勾股定理
Figure CN105666490AD00072
求出机器人19末端在空间两点i与j之间的距离 li, j;式中,Ii、Ij表不当机器人19末端位置分别为i、j时,拉线传感器17的拉线长度;0i、0j表 示当机器人19末端位置分别为i、j时,角度传感器Π 14的读数;0k、θρ表示当机器人19末端位 置分别为i、j时,角度传感器15的读数;0 k,p为机器人19末端由位置i移动到位置j时在水平 面转过的角度,01<,1) = 91{-91);11为」点在线11^上的投影点;1。,1{、1。, 1)分别表示〇点至投影点1^的 距离;ln,k、Uj分别表示η至k、j的距离;h, n表示i至η的距离;
[0035 ] Step9、待标定的机器人19结构参数的求解:
[0036] 利用采集到的机器人19的关节转角数据,计算得到的I1^以及机器人19的运动学 方程列出t个方程,每个方程形式为:
Figure CN105666490AD00073
[0037]
[0038] 器人19末端位置位于i时的坐标值,, θ1>2,…,01>w表示机器人19末端位置位于i时的w个关节转角值,q为待辨识的机器人19结构 参数向量;
[0039]
Figure CN105666490AD00074
表示机器人19末端位置位于j时的坐标值,θ^, Θ j, 2,…,Θ j, »表不机器人19末端位置位于j时的w个关节转角值;
[0040] SteplO、求解t个方程组成的方程组:
[0041]
Figure CN105666490AD00075
[0042] 在上面的方程组中,只有待辨识的机器人19的结构参数向量q是不确定的,利用非 线性最小二乘法即可求解,得到结构参数向量q的精确值;
[0043] Stepll、将结构参数向量q代入机器人19的运动学方程中,验证标定结果的有效 性,完成机器人19的标定。
[0044]本发明的工作原理是:将拉线传感器17通过连接杆18固定在机器人19上,通过计 算机20采集拉线传感器17、角度传感器15、角度传感器Π 14的读数以及机器人19的关节转 角,并根据连续两次采集到的拉线传感器17、角度传感器15、角度传感器Π 14的数据计算出 机器人19末端在空间两点的距离,根据机器人7的末端在空间两点的距离以及机器人19的 运动学方程得到以机器人19结构参数为未知量的方程式,按照关节变换顺序改变机器人19 的位姿可以得到一系列的方程式,联立所得到的方程式即可得到结构参数辨识方程组,求 解结构参数辨识方程组即可得到机器人19的结构参数、实现机器人19的标定。
[0045] 本发明的有益效果是:
[0046] 1、采用长度可变化的拉线传感器,从而在采集数据时机器人的运动空间变大,机 器人各关节的运动更加充分,为结构参数解算提供了鲁棒性更强的数据支持同时标定操作 更加灵活轻便。
[0047] 2、机器人末端在空间两点间的距离,可根据拉线传感器、角度传感器I、角度传感 器Π 的读数计算出,提高了结构参数解算的可靠性和精度。
[0048] 3、由于不需要测出机器人末端的坐标值,因此简化了操作步骤并提高了标定效 率。
附图说明
[0049] 图1是本发明在标定过程中采集数据时的位姿图;
[0050] 图2是本发明标定装置结构示意图;
[0051 ]图3是本发明轴承座I与下底板安装示意图;
[0052]图4是本发明轴承座Π 与上底板安装示意图;
[0053]图5是本发明深沟球轴承Π 与连接块安装示意图;
[0054]图6是本发明机器人末端空间连续两点i与j的空间几何关系与距离计算原理图;
[0055] 图中:1_下底板、2-轴承座1、3_圆锥滚子轴承1、4_阻挡片、5-角度传感器I、6_旋转 轴I、7-轴承座Π 、8-圆锥滚子轴承Π 、9-支撑柱、10-上底板、11-连接块、12-旋转轴Π 、13-转向环、14-角度传感器Π 、15-深沟球轴承I、16-深沟球轴承Π 、17-拉线传感器、18-连接 杆、19-机器人、20-计算机、21-机器人电缆、22-拉线传感器电缆、23-角度传感器电缆I、24-角度传感器电缆Π 。
具体实施方式
[0056] 实施例1:如图1-6所示,一种机器人的标定系统,包括标定装置、机器人19、计算机 20、机器人电缆21、标定装置电缆;
[0057]所述标定装置通过标定装置电缆与计算机20连接通讯,机器人19通过机器人电缆 21与计算机20连接通讯;通过计算机20采集标定装置的数据以及机器人19的关节转角,并 根据连续两次采集到标定装置的数据计算机器人19末端在空间两点的距离;所述标定装置 的数据包括拉线传感器17的拉线长度、角度传感器15的角度、角度传感器Π 14的角度。 [0058]所述标定装置包括下底板1、轴承座12、圆锥滚子轴承13、阻挡片4、角度传感器15、 旋转轴16、轴承座Π 7、圆锥滚子轴承Π 8、支撑柱9、上底板10、连接块11、旋转轴Π 12、转向 环13、角度传感器Π 14、深沟球轴承115、深沟球轴承Π 16、拉线传感器17、连接杆18;
[0059]所述轴承座12安装在下底板1上,圆锥滚子轴承13安装于轴承座12内,旋转轴16的 下端安装在圆锥滚子轴承13内,角度传感器15安装在旋转轴16上,阻挡片4一端安装在角度 传感器15上,阻挡片4另一端安装在下底板1上,轴承座Π 7安装在上底板10上,上底板10与 下底板1通过支撑柱9连接,圆锥滚子轴承Π 8安装于轴承座Π 7内,旋转轴16的上端安装在 圆锥滚子轴承Π 8内,连接块11安装在旋转轴16的末端,连接块11 一端安装有深沟球轴承I 15,连接块11另一端安装有深沟球轴承Π 16,旋转轴Π 12的一端安装在深沟球轴承115内, 旋转轴Π 12的另一端安装在深沟球轴承Π 16内,转向环13安装在旋转轴Π 12上,随旋转轴 Π 12-起转动,拉线传感器17的拉线安装在转向环13上,连接杆18安装在拉线传感器17上, 角度传感器Π 14的转动轴安装在旋转轴Π 12上,角度传感器Π 14安装在连接块11上。
[0060] 所述标定装置电缆包括拉线传感器电缆22、角度传感器电缆Π 24、角度传感器电 缆 123;
[0061] 所述标定装置中拉线传感器17、角度传感器15、角度传感器Π 14分别通过拉线传 感器电缆22、角度传感器电缆Π 24、角度传感器电缆123与计算机20连接通讯。
[0062] -种机器人的标定方法,所述方法的具体步骤如下:
[0063] Stepl、将拉线传感器17通过连接杆18固定在机器人19上,并将拉线传感器17的拉 线与转向环13连接,从而实现标定装置与机器人19的连接;
[0064] Step2、上电,打开拉线传感器17、角度传感器15、角度传感器Π 14、机器人19,并将 机器人19移动至初始位姿且满足初始化计数变量v = 0;
[0065] Step3、判断是否完成数据采集操作;
[0066]若已经完成数据采集则转至Step7,若尚未完成则转至Step4;
[0067] Step4、计数变量自增I: v = v+l;
[0068] Step5、通过计算机20采集拉线传感器17的拉线长度、角度传感器15的读数、角度 传感器Π 14的读数(为拉线传感器17的拉线在竖直方向上与水平面的夹角)和机器人19的 关节转角数据;
[0069] St ep6、变换机器人19的位姿,变换的原则为:按照关节顺序的大小依次变换每个 关节的转角;其中所有关节变换次数为t,每变换一次就返回到步骤Step3进行判断;
[0070] Step7、完成数据采集后令t = v;
[0071] StepS、机器人19末端空间连续两点i与j距离li,j的计算:
[0072] 数据采集完成后,利用采集到的标定装置的数据可计算机器人19末端空间连续两 点i与j距离1^;由于旋转轴16的轴线,旋转轴Π 12的轴线,拉线传感器17拉线的延长线相 交于同一点〇,转向环13末端到〇点的距离为1〇,因此能建立机器人19末端空间连续两点i与 j距离的空间几何关系,求出h,^选择旋转轴Π 12轴线所在平面为水平面,首先根据拉 线传感器17的拉线长度以及角度传感器Π 14的读数计算机器人19末端位置i、j到水平面投 影点k、p的距离I1,k、U P;其次根据拉线传感器17的拉线长度、角度传感器15与角度传感器 Π 14的读数计算投影点的长度lk,P,最后根据勾股定理即可计算出机器人19末端空间连续 两点i与j距离;
[0073]机器人19末端位置i与j到投影点k与p距离h,的计算:
[0074] li,k= (li+lo)sin9i
[0075] lj)P = (lj+lo)sin0j
[0076] 投影点长度lk,P的计算:
[0077] l〇;k=(li+l〇)cos0i
[0078] l〇;P = (lj+l〇)cos0j
[0079] 根据余弦定理11<,1)2 = 1。,1<2+1。,1)2-21。,1<.1。, 1).(3〇891{,1),得到11{,1);
[0080] 机器人19末端位置i与j距离的计算:
Figure CN105666490AD00101
[0081]
[0082]
Figure CN105666490AD00102
[0083]
[0084] 根据勾股定理 ,求出机器人19末端在空间两点i与j之间的距离 li, j;式中,Ii、Ij表不当机器人19末端位置分别为i、j时,拉线传感器17的拉线长度;0i、0j表 示当机器人19末端位置分别为i、j时,角度传感器Π 14的读数;0k、θρ表示当机器人19末端位 置分别为i、j时,角度传感器15的读数;0 k,p为机器人19末端由位置i移动到位置j时在水平 面转过的角度,01<,1) = 91{-91);11为」点在线11^上的投影点;1。,1{、1。, 1)分别表示〇点至投影点1^的 距离;ln,k、Uj分别表示η至k、j的距离;h, n表示i至η的距离;
[0085 ] Step9、待标定的机器人19结构参数的求解:
[0086] 利用采集到的机器人19的关节转角数据,计算得到的I1^以及机器人19的运动学 方程列出t个方程,每个方程形式为:
Figure CN105666490AD00103
[0087]
[0088] 人19末端位置位于i时的坐标值,Θi山 θ1>2,…,01>w表示机器人19末端位置位于i时的w个关节转角值,q为待辨识的机器人19结构 参数向量;
[0089]
Figure CN105666490AD00104
表示机器人19末端位置位于j时的坐标值,Θ」,i, Θ j, 2,…,Θ j, »表不机器人19末端位置位于j时的w个关节转角值;
[0090] SteplO、求解t个方程组成的方程组:
[0091]
Figure CN105666490AD00105
[0092] 在上面的方程组中,只有待辨识的机器人19的结构参数向量q是不确定的,利用非 线性最小二乘法即可求解,得到结构参数向量q的精确值;
[0093] Stepll、将结构参数向量q代入机器人19的运动学方程中,验证标定结果的有效 性,完成机器人19的标定。
[0094]实施例2:如图1-6所示,一种机器人的标定系统,包括标定装置、机器人19、计算机 20、机器人电缆21、标定装置电缆;
[0095] 所述标定装置通过标定装置电缆与计算机20连接通讯,机器人19通过机器人电缆 21与计算机20连接通讯;通过计算机20采集标定装置的数据以及机器人19的关节转角,并 根据连续两次采集到标定装置的数据计算机器人19末端在空间两点的距离;所述标定装置 的数据包括拉线传感器17的拉线长度、角度传感器15的角度、角度传感器Π 14的角度。
[0096] 所述标定装置包括下底板1、轴承座12、圆锥滚子轴承13、阻挡片4、角度传感器15、 旋转轴16、轴承座Π 7、圆锥滚子轴承Π 8、支撑柱9、上底板10、连接块11、旋转轴Π 12、转向 环13、角度传感器Π 14、深沟球轴承115、深沟球轴承Π 16、拉线传感器17、连接杆18;
[0097]所述轴承座12安装在下底板1上,圆锥滚子轴承13安装于轴承座12内,旋转轴16的 下端安装在圆锥滚子轴承13内,角度传感器15安装在旋转轴16上,阻挡片4一端安装在角度 传感器15上,阻挡片4另一端安装在下底板1上,轴承座Π 7安装在上底板10上,上底板10与 下底板1通过支撑柱9连接,圆锥滚子轴承Π 8安装于轴承座Π 7内,旋转轴16的上端安装在 圆锥滚子轴承Π 8内,连接块11安装在旋转轴16的末端,连接块11 一端安装有深沟球轴承I 15,连接块11另一端安装有深沟球轴承Π 16,旋转轴Π 12的一端安装在深沟球轴承115内, 旋转轴Π 12的另一端安装在深沟球轴承Π 16内,转向环13安装在旋转轴Π 12上,随旋转轴 Π 12-起转动,拉线传感器17的拉线安装在转向环13上,连接杆18安装在拉线传感器17上, 角度传感器Π 14的转动轴安装在旋转轴Π 12上,角度传感器Π 14安装在连接块11上。
[0098] -种机器人的标定方法,所述方法的具体步骤如下:
[0099] Stepl、将拉线传感器17通过连接杆18固定在机器人19上,并将拉线传感器17的拉 线与转向环13连接,从而实现标定装置与机器人19的连接;
[0100] Step2、上电,打开拉线传感器17、角度传感器15、角度传感器Π 14、机器人19,并将 机器人19移动至初始位姿且满足初始化计数变量v = 0;
[0101] Step3、判断是否完成数据采集操作;
[0102]若已经完成数据采集则转至Step7,若尚未完成则转至Step4;
[0103] Step4、计数变量自增I: v = v+l;
[0104] Step5、通过计算机20采集拉线传感器17的拉线长度、角度传感器15的读数、角度 传感器Π 14的读数(为拉线传感器17的拉线在竖直方向上与水平面的夹角)和机器人19的 关节转角数据;
[0105] Step6、变换机器人19的位姿,变换的原则为:按照关节顺序的大小依次变换每个 关节的转角;其中所有关节变换次数为t,每变换一次就返回到步骤Step3进行判断;
[0106] Step7、完成数据采集后令t = v;
[0107] StepS、机器人19末端空间连续两点i与j距离li,j的计算:
[0108] 数据采集完成后,利用采集到的标定装置的数据可计算机器人19末端空间连续两 点i与j距离1^;由于旋转轴16的轴线,旋转轴Π 12的轴线,拉线传感器17拉线的延长线相 交于同一点〇,转向环13末端到〇点的距离为1〇,因此能建立机器人19末端空间连续两点i与 j距离的空间几何关系,求出h,^选择旋转轴Π 12轴线所在平面为水平面,首先根据拉 线传感器17的拉线长度以及角度传感器Π 14的读数计算机器人19末端位置i、j到水平面投 影点k、p的距离I1,k、U P;其次根据拉线传感器17的拉线长度、角度传感器15与角度传感器 Π 14的读数计算投影点的长度lk,P,最后根据勾股定理即可计算出机器人19末端空间连续 两点i与j距离;
[0109] 机器人19末端位置i与j到投影点k与P距离h,!J^Up的计算:
Figure CN105666490AD00121
[0110]
[0111]
[0112] 投影点长度lk,p的计算:
Figure CN105666490AD00122
[0113]
[0114]
[0115] 根据余弦定理
Figure CN105666490AD00123
,,得到lk,P;
[0116] 机器人19末端位置i与j距离的计算:
Figure CN105666490AD00124
[0117]
[0118]
[0119]
[0120] 根据勾股定理
Figure CN105666490AD00125
求出机器人19末端在空间两点i与j之间的距离 li, j;式中,Ii、Ij表不当机器人19末端位置分别为i、j时,拉线传感器17的拉线长度;0i、0j表 示当机器人19末端位置分别为i、j时,角度传感器Π 14的读数;0k、θρ表示当机器人19末端位 置分别为i、j时,角度传感器15的读数;0 k,p为机器人19末端由位置i移动到位置j时在水平 面转过的角度,01<,1) = 91{-91);11为」点在线11^上的投影点;1。,1{、1。, 1)分别表示〇点至投影点1^的 距离;ln,k、Uj分别表示η至k、j的距离;h, n表示i至η的距离;
[0121] Step9、待标定的机器人19结构参数的求解:
[0122] 利用采集到的机器人19的关节转角数据,计算得到的I1^以及机器人19的运动学 方程列出t个方程,每个方程形式为:
Figure CN105666490AD00126
[0123]
[0124] 〖人19末端位置位于i时的坐标值,Qi山 θ1>2,…,01>w表示机器人19末端位置位于i时的w个关节转角值,q为待辨识的机器人19结构 参数向量;
[0125]
Figure CN105666490AD00127
表示机器人19末端位置位于j时的坐标值, Θ j, 2,…,Θ j, »表不机器人19末端位置位于j时的w个关节转角值;
[0126] SteplO、求解t个方程组成的方程组:
[0127]
Figure CN105666490AD00131
[0128] 在上面的方程组中,只有待辨识的机器人19的结构参数向量q是不确定的,利用非 线性最小二乘法即可求解,得到结构参数向量q的精确值;
[0129] Stepll、将结构参数向量q代入机器人19的运动学方程中,验证标定结果的有效 性,完成机器人19的标定。
[0130] 实施例3:如图1-6所示,一种机器人的标定系统,包括标定装置、机器人19、计算机 20、机器人电缆21、标定装置电缆;
[0131] 所述标定装置通过标定装置电缆与计算机20连接通讯,机器人19通过机器人电缆 21与计算机20连接通讯;通过计算机20采集标定装置的数据以及机器人19的关节转角,并 根据连续两次采集到标定装置的数据计算机器人19末端在空间两点的距离;所述标定装置 的数据包括拉线传感器17的拉线长度、角度传感器15的角度、角度传感器Π 14的角度。
[0132] 所述标定装置电缆包括拉线传感器电缆22、角度传感器电缆Π 24、角度传感器电 缆 123;
[0133] 所述标定装置中拉线传感器17、角度传感器15、角度传感器Π 14分别通过拉线传 感器电缆22、角度传感器电缆Π 24、角度传感器电缆123与计算机20连接通讯。
[0134] -种机器人的标定方法,所述方法的具体步骤如下:
[0135] Stepl、将拉线传感器17通过连接杆18固定在机器人19上,并将拉线传感器17的拉 线与转向环13连接,从而实现标定装置与机器人19的连接;
[0136] Step2、上电,打开拉线传感器17、角度传感器15、角度传感器Π 14、机器人19,并将 机器人19移动至初始位姿且满足初始化计数变量v = 0;
[0137] Step3、判断是否完成数据采集操作;
[0138] 若已经完成数据采集则转至Step7,若尚未完成则转至Step4;
[0139] Step4、计数变量自增I: v = v+l;
[0140] Step5、通过计算机20采集拉线传感器17的拉线长度、角度传感器15的读数、角度 传感器Π 14的读数(为拉线传感器17的拉线在竖直方向上与水平面的夹角)和机器人19的 关节转角数据;
[0141] St ep6、变换机器人19的位姿,变换的原则为:按照关节顺序的大小依次变换每个 关节的转角;其中所有关节变换次数为t,每变换一次就返回到步骤Step3进行判断;
[0142] Step7、完成数据采集后令t = v;
[0143 ] Step8、机器人19末端空间连续两点i与j距离I i, j的计算:
[0144]数据采集完成后,利用采集到的标定装置的数据可计算机器人19末端空间连续两 点i与j距离1^;由于旋转轴16的轴线,旋转轴Π 12的轴线,拉线传感器17拉线的延长线相 交于同一点〇,转向环13末端到〇点的距离为1〇,因此能建立机器人19末端空间连续两点i与 j距离的空间几何关系,求出h,^选择旋转轴Π 12轴线所在平面为水平面,首先根据拉 线传感器17的拉线长度以及角度传感器Π 14的读数计算机器人19末端位置i、j到水平面投 影点k、p的距离I1,k、UP;其次根据拉线传感器17的拉线长度、角度传感器15与角度传感器 Π 14的读数计算投影点的长度lk,P,最后根据勾股定理即可计算出机器人19末端空间连续 两点i与j距离;
[0145] 机器人19末端位置i与j到投影点k与p距离h,的计算:
Figure CN105666490AD00141
[0146]
[0147]
[0148]
[0149]
[0150]
[0151] 根据余弦定ί
Figure CN105666490AD00142
,得到lk,ρ;
[0152] 机器人19末端位置i与j距离的计算:
Figure CN105666490AD00143
[0153]
[0154]
[0155]
[0156] 根据勾股定理
Figure CN105666490AD00144
求出机器人19末端在空间两点i与j之间的距离 li, j;式中,Ii、Ij表不当机器人19末端位置分别为i、j时,拉线传感器17的拉线长度;0i、0j表 示当机器人19末端位置分别为i、j时,角度传感器Π 14的读数;0k、θρ表示当机器人19末端位 置分别为i、j时,角度传感器15的读数;0 k,p为机器人19末端由位置i移动到位置j时在水平 面转过的角度,01<,1) = 91{-91);11为」点在线11^上的投影点;1。,1{、1。, 1)分别表示〇点至投影点1^的 距离;ln,k、Uj分别表示η至k、j的距离;h, n表示i至η的距离;
[0157] Step9、待标定的机器人19结构参数的求解:
[0158] 利用采集到的机器人19的关节转角数据,计算得到的I1^以及机器人19的运动学 方程列出t个方程,每个方程形式为:
Figure CN105666490AD00145
[0159]
[0160] .器人19末端位置位于i时的坐标值,Qi山 θ1>2,…,01>w表示机器人19末端位置位于i时的w个关节转角值,q为待辨识的机器人19结构 参数向量;
[0161 ]
Figure CN105666490AD00146
表不机器人1 9末端位置位于j时的坐标值,Θ j, :l, Θ j, 2,…,Θ j, »表不机器人19末端位置位于j时的w个关节转角值;
[0162] SteplO、求解t个方程组成的方程组:
[0163]
Figure CN105666490AD00151
[0164] 在上面的方程组中,只有待辨识的机器人19的结构参数向量q是不确定的,利用非 线性最小二乘法即可求解,得到结构参数向量q的精确值;
[0165] Stepll、将结构参数向量q代入机器人19的运动学方程中,验证标定结果的有效 性,完成机器人19的标定。
[0166] 实施例4:如图1-6所示,一种机器人的标定系统,包括标定装置、机器人19、计算机 20、机器人电缆21、标定装置电缆;
[0167] 所述标定装置通过标定装置电缆与计算机20连接通讯,机器人19通过机器人电缆 21与计算机20连接通讯;通过计算机20采集标定装置的数据以及机器人19的关节转角,并 根据连续两次采集到标定装置的数据计算机器人19末端在空间两点的距离;所述标定装置 的数据包括拉线传感器17的拉线长度、角度传感器15的角度、角度传感器Π 14的角度。
[0168] -种机器人的标定方法,所述方法的具体步骤如下:
[0169] Stepl、将拉线传感器17通过连接杆18固定在机器人19上,并将拉线传感器17的拉 线与转向环13连接,从而实现标定装置与机器人19的连接;
[0170] Step2、上电,打开拉线传感器17、角度传感器15、角度传感器Π 14、机器人19,并将 机器人19移动至初始位姿且满足初始化计数变量v = 0;
[0171] Step3、判断是否完成数据采集操作;
[0172]若已经完成数据采集则转至Step7,若尚未完成则转至Step4;
[0173] Step4、计数变量自增I: v = v+l;
[0174] Step5、通过计算机20采集拉线传感器17的拉线长度、角度传感器15的读数、角度 传感器Π 14的读数(为拉线传感器17的拉线在竖直方向上与水平面的夹角)和机器人19的 关节转角数据;
[0175] Step6、变换机器人19的位姿,变换的原则为:按照关节顺序的大小依次变换每个 关节的转角;其中所有关节变换次数为t,每变换一次就返回到步骤Step3进行判断;
[0176] Step7、完成数据采集后令t = v;
[0177] StepS、机器人19末端空间连续两点i与j距离li,j的计算:
[0178]数据采集完成后,利用采集到的标定装置的数据可计算机器人19末端空间连续两 点i与j距离1^;由于旋转轴16的轴线,旋转轴Π 12的轴线,拉线传感器17拉线的延长线相 交于同一点〇,转向环13末端到〇点的距离为1〇,因此能建立机器人19末端空间连续两点i与 j距离的空间几何关系,求出h, ^选择旋转轴Π 12轴线所在平面为水平面,首先根据拉 线传感器17的拉线长度以及角度传感器Π 14的读数计算机器人19末端位置i、j到水平面投 影点k、p的距离I1,k、U P;其次根据拉线传感器17的拉线长度、角度传感器15与角度传感器 Π 14的读数计算投影点的长度lk,P,最后根据勾股定理即可计算出机器人19末端空间连续 两点i与j距离;
[0179] 机器人19末端位置i与j到投影点k与p距离h,!J^Up的计算:
Figure CN105666490AD00161
[0180]
[0181]
[0182]
[0183]
[0184]
[0185] 根据余弦定理
Figure CN105666490AD00162
得到lk,P;
[0186] 机器人19末端位置i与j距离的计算:
Figure CN105666490AD00163
[0187]
[0188]
[0189]
[0190] 根据勾股定理
Figure CN105666490AD00164
,求出机器人19末端在空间两点i与j之间的距离 li, j;式中,Ii、Ij表不当机器人19末端位置分别为i、j时,拉线传感器17的拉线长度;0i、0j表 示当机器人19末端位置分别为i、j时,角度传感器Π 14的读数;0k、θρ表示当机器人19末端位 置分别为i、j时,角度传感器15的读数;0 k,p为机器人19末端由位置i移动到位置j时在水平 面转过的角度,01<,1) = 91{-91);11为」点在线11^上的投影点;1。,1{、1。, 1)分别表示〇点至投影点1^的 距离;ln,k、Uj分别表示η至k、j的距离;h, n表示i至η的距离;
[0191] Step9、待标定的机器人19结构参数的求解:
[0192] 利用采集到的机器人19的关节转角数据,计算得到的I1^以及机器人19的运动学 方程列出t个方程,每个方程形式为:
Figure CN105666490AD00165
[0193]
[0194] .器人19末端位置位于i时的坐标值,0i;1, θ1>2,…,01>w表示机器人19末端位置位于i时的w个关节转角值,q为待辨识的机器人19结构 参数向量;
[0195]
Figure CN105666490AD00166
表示机器人19末端位置位于j时的坐标值,Θ^, Θ j, 2,…,Θ j, »表不机器人19末端位置位于j时的w个关节转角值;
[0196] SteplO、求解t个方程组成的方程组:
[0197]
Figure CN105666490AD00171
[0198] 在上面的方程组中,只有待辨识的机器人19的结构参数向量q是不确定的,利用非 线性最小二乘法即可求解,得到结构参数向量q的精确值;
[0199] Stepll、将结构参数向量q代入机器人19的运动学方程中,验证标定结果的有效 性,完成机器人19的标定。
[0200] 上面结合附图对本发明的具体实施方式作了详细说明,但是本发明并不限于上述 实施方式,在本领域普通技术人员所具备的知识范围内,还可以在不脱离本发明宗旨的前 提下作出各种变化。

Claims (4)

1. 一种机器人的标定系统,其特征在于:包括标定装置、机器人(19)、计算机(20)、机器 人电缆(21)、标定装置电缆; 所述标定装置通过标定装置电缆与计算机(20)连接通讯,机器人(19)通过机器人电缆 (21)与计算机(20)连接通讯;通过计算机(20)采集标定装置的数据以及机器人(19)的关节 转角,并根据连续两次采集到标定装置的数据计算机器人(19)末端在空间两点的距离;所 述标定装置的数据包括拉线传感器(17)的拉线长度、角度传感器1(5)的角度、角度传感器 Π (14)的角度。
2. 根据权利要求1所述的机器人的标定系统,其特征在于:所述标定装置包括下底板 (1)、轴承座1(2)、圆锥滚子轴承1(3)、阻挡片(4)、角度传感器1(5)、旋转轴1(6)、轴承座Π (7)、圆锥滚子轴承Π (8)、支撑柱(9)、上底板(10)、连接块(11)、旋转轴Π ( 12)、转向环 (13)、角度传感器Π (14)、深沟球轴承1(15)、深沟球轴承Π (16)、拉线传感器(17)、连接杆 (18); 所述轴承座1(2)安装在下底板(1)上,圆锥滚子轴承1(3)安装于轴承座1(2)内,旋转轴 1(6)的下端安装在圆锥滚子轴承1(3)内,角度传感器1(5)安装在旋转轴1(6)上,阻挡片(4) 一端安装在角度传感器1(5)上,阻挡片(4)另一端安装在下底板(1)上,轴承座Π (7)安装在 上底板(10)上,上底板(10)与下底板(1)通过支撑柱(9)连接,圆锥滚子轴承Π (8)安装于轴 承座Π (7)内,旋转轴1(6)的上端安装在圆锥滚子轴承Π (8)内,连接块(11)安装在旋转轴I (6)的末端,连接块(11) 一端安装有深沟球轴承I (15 ),连接块(11)另一端安装有深沟球轴 承Π (16 ),旋转轴Π (12)的一端安装在深沟球轴承I (15)内,旋转轴Π (12)的另一端安装在 深沟球轴承Π (16)内,转向环(13)安装在旋转轴Π (12)上,随旋转轴Π (12) -起转动,拉线 传感器(17)的拉线安装在转向环(13)上,连接杆(18)安装在拉线传感器(17)上,角度传感 器Π (14)的转动轴安装在旋转轴Π (12)上,角度传感器Π (14)安装在连接块(11)上。
3. 根据权利要求1所述的机器人的标定系统,其特征在于:所述标定装置电缆包括拉线 传感器电缆(22)、角度传感器电缆Π (24)、角度传感器电缆1(23); 所述标定装置中拉线传感器(17)、角度传感器1(5)、角度传感器Π (14)分别通过拉线 传感器电缆(22)、角度传感器电缆Π (24)、角度传感器电缆1(23)与计算机(20)连接通讯。
4. 一种机器人的标定方法,其特征在于:所述方法的具体步骤如下: Stepl、将拉线传感器(17)通过连接杆(18)固定在机器人(19)上,并将拉线传感器(17) 的拉线与转向环(13)连接,从而实现标定装置与机器人(19)的连接; Step2、上电,打开拉线传感器(17)、角度传感器1(5)、角度传感器Π (14)、机器人(19), 并将机器人(19)移动至初始位姿且满足初始化计数变量v = 0; Step3、判断是否完成数据采集操作; 若已经完成数据采集则转至Step7,若尚未完成则转至Step4; Step4、计数变量自增1 :v = v+l; Step5、通过计算机(20)采集拉线传感器(17)的拉线长度、角度传感器1(5)的读数、角 度传感器Π (14)的读数和机器人(19)的关节转角数据; Step6、变换机器人(19)的位姿,变换的原则为:按照关节顺序的大小依次变换每个关 节的转角;其中所有关节变换次数为t,每变换一次就返回到步骤Step3进行判断; Step7、完成数据采集后令t = v; St ep8、机器人(19)末端空间连续两点i与j距离1 i, j的计算: 数据采集完成后,利用采集到的标定装置的数据可计算机器人(19)末端空间连续两点 i与j距离lu;由于旋转轴1(6)的轴线,旋转轴Π (12)的轴线,拉线传感器(17)拉线的延长 线相交于同一点〇,转向环(13)末端到〇点的距离为1〇,因此能建立机器人(19)末端空间连 续两点i与j距离1^的空间几何关系,求出1^:选择旋转轴Π (12)轴线所在平面为水平面, 首先根据拉线传感器(17)的拉线长度以及角度传感器Π (14)的读数计算机器人(19)末端 位置i、j到水平面投影点k、p的距离h,k、UP;其次根据拉线传感器(17)的拉线长度、角度传 感器1(5)与角度传感器Π (14)的读数计算投影点的长度lk,P,最后根据勾股定理即可计算 出机器人(19)末端空间连续两点i与j距离; 机器人(19)末端位置i与j到投影点k与p距离11;1J^UP的计算: li, k= (li+lo)sin0i lj, P=(lj+l〇)sin0j 投影点长度lk,P的计算: lo,k- (li+l〇)COS0i lo, p - (lj + l〇)COS0j 根据余弦定理11<,1)2 = 1。,1<2+1。,1)2-21。,1<.1。, 1).(3〇891{,1),得到11{,1); 机器人(19)末端位置i与j距离的计算: ln,k= lj,p In, j = lk,p 1 i, n - 1 i, k-In, k
Figure CN105666490AC00031
,求出机器人(19)末端在空间两点i与j之间的距离 式中,h、l谦示当机器人(19)末端位置分别为i、j时,拉线传感器(17)的拉线长度;Θ,、 表示当机器人(19)末端位置分别为i、j时,角度传感器Π (14)的读数;0k、0p表示当机器人 (19)末端位置分别为i、j时,角度传感器1(5)的读数;0 k,p为机器人(19)末端由位置i移动到 位置j时在水平面转过的角度,01^ = 91{-91);11为」点在线丨1^上的投影点;1。,1{、1。, 1)分别表示〇点 至投影点k、p的距离;ln,k、In, j分别表示η至k、j的距离;li,n表示i至η的距离; St ep9、待标定的机器人(19)结构参数的求解: 利用采集到的机器人(19)的关节转角数据,计算得到的1^,以及机器人(19)的运动学 方程列出t个方程,每个方程形式为:
Figure CN105666490AC00032
Figure CN105666490AC00033
表不机器人(19)末端位置位于i时的坐标值,9i; χ, 表示机器人(19)末端位置位于i时的w个关节转角值,q为待辨识的机器人(19) 结构参数向量;
Figure CN105666490AC00041
表不机器人(19 )末端位置位于j时的坐标值,Θ j, :L,Θ j , 2,…, 表示机器人(19)末端位置位于j时的w个关节转角值; SteplO、求解t个方程组成的方程组:
Figure CN105666490AC00042
在上面的方程组中,只有待辨识的机器人(19)的结构参数向量q是不确定的,利用非线 性最小二乘法即可求解,得到结构参数向量q的精确值; Stepll、将结构参数向量q代入机器人(19)的运动学方程中,验证标定结果的有效性, 完成机器人(19)的标定。
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