CN109397293A - 一种基于移动机器人的地面水平误差建模及补偿方法 - Google Patents

一种基于移动机器人的地面水平误差建模及补偿方法 Download PDF

Info

Publication number
CN109397293A
CN109397293A CN201811423992.3A CN201811423992A CN109397293A CN 109397293 A CN109397293 A CN 109397293A CN 201811423992 A CN201811423992 A CN 201811423992A CN 109397293 A CN109397293 A CN 109397293A
Authority
CN
China
Prior art keywords
mobile robot
position coordinates
ground level
level error
mobile
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN201811423992.3A
Other languages
English (en)
Other versions
CN109397293B (zh
Inventor
宋韬
岳承涛
郭帅
荚启波
李育文
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Shanghai Robot Industrial Technology Research Institute Co Ltd
Original Assignee
Shanghai Robot Industrial Technology Research Institute Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Shanghai Robot Industrial Technology Research Institute Co Ltd filed Critical Shanghai Robot Industrial Technology Research Institute Co Ltd
Priority to CN201811423992.3A priority Critical patent/CN109397293B/zh
Publication of CN109397293A publication Critical patent/CN109397293A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN109397293B publication Critical patent/CN109397293B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25J—MANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
    • B25J9/00—Programme-controlled manipulators
    • B25J9/16—Programme controls
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25J—MANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
    • B25J9/00—Programme-controlled manipulators
    • B25J9/16—Programme controls
    • B25J9/1694—Programme controls characterised by use of sensors other than normal servo-feedback from position, speed or acceleration sensors, perception control, multi-sensor controlled systems, sensor fusion

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Robotics (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Manipulator (AREA)
  • Control Of Position, Course, Altitude, Or Attitude Of Moving Bodies (AREA)

Abstract

本发明涉及一种基于移动机器人的地面水平误差建模及补偿方法，其特征在于，包括以下步骤：在移动机器人上安装用于测量任一平面相对于水平面的倾斜角度的传感器；获得移动机器人的位置坐标；得到当前地面的地面水平误差曲线；移动机器人在当前地面进行作业时，基于地面水平误差曲线利用前馈补偿法对移动机器人进行实时补偿。本发明的优点是：通过移动机器人上的传感器获取地面的水平误差数据，保证其效率和准确度，精确测出地面水平误差；提出两种拟合方法来建立地面水平误差的模型，满足移动机器人不同的作业精度要求；在移动机器人工作过程中对末端执行器进行实时的误差补偿，保证了移动机器人的作业精度要求。

Description

一种基于移动机器人的地面水平误差建模及补偿方法
技术领域
本发明涉及一种基于移动机器人的地面水平误差建模及补偿方法，属于移动机器人作业精度控制方法技术领域。
背景技术
随着机器人技术在各行各业的广泛应用，具有更高灵活性的移动机器人变得越来越重要。但是，移动机器人的作业精度相对于固定的机械臂式的机器人作业精度较低(固定的机械臂式的机器人的作业精度一般在1mm以内，而移动式机器人作业精度一般在几到几百毫米)，这样的机器人的作业精度已经超出预期工作要求。
移动机器人的作业环境对其作业精度有较大的影响，特别是当机器人在地面移动过程中工作的时候，真实地面相对于水平面的误差对移动机器人末端执行器的作业精度造成直接的影响。但是在移动机器人作业时，还未有提出对地面水平误差进行补偿的方法。
发明内容
本发明的目的是：补偿由于真实地面相对于水平面的误差对移动机器人末端执行器的作业精度所造成的影响。
为了达到上述目的，本发明的技术方案是提供了一种基于移动机器人的地面水平误差建模及补偿方法，其特征在于，包括以下步骤：
第一步、在移动机器人上安装用于测量任一平面相对于水平面的倾斜角度的传感器；
第二步、获得起始位置的坐标，移动机器人从起始位置开始在当前地面上以固定的步长开始移动，直至移动N步，每次移动时，通过步长及传感器测量的倾斜角度计算得到本次移动相对上次移动的Y轴坐标变化量，将作为X轴变化量的步长与Y轴坐标变化量相结合，得到本次移动后的移动机器人位置坐标，设第i次移动后，移动机器人的位置坐标为(xi,yi)，1≤i≤N；
第三步、利用上一步得到的位置坐标拟合得到当前地面的地面水平误差曲线；
第四步、移动机器人在当前地面进行作业时，基于地面水平误差曲线利用前馈补偿法对移动机器人进行实时补偿。
优选地，在第三步中，利用上一步得到的位置坐标通过三次多项式拟合得到当前地面的所述地面误差曲线。
优选地，所述三次多项式拟合包括以下步骤：
步骤301、设三次拟合曲线方程为：y＝ax3+bx2+cx+d，其中的参数a、b、c、d由下面的公式确定：argmin[SDP(a，b，c，d)]，式中，
步骤302、分别对参数a、b、c、d求偏导可得到：
步骤303、将步骤302得到的公式化简后有：
Y＝X·C
式中：
则参数a、b、c、d由下式确定：
C＝(XTX)-1XTY。
优选地，在第三步中，利用上一步得到的位置坐标通过自动分段多项式拟合得到当前地面的所述地面误差曲线。
优选地，所述自动分段多项式拟合包括以下步骤：
步骤311、从第二步获得N个位置坐标中选取前四个位置坐标；
步骤312、基于上一步得到的位置坐标进行三次多项式拟合；
步骤313、计算上一步拟合得到曲线与原始地面水平误差曲线的接近程度，若接近程度满足要求，则进入步骤314，否则进入步骤315；
步骤314、判断N个位置坐标中未参与三次多项式拟合的位置坐标的数量是否小于3个，若不是，在上一步参与三次多项式拟合的位置坐标的基础上，再新增一个位置坐标，返回步骤312；若判断N个位置坐标中未参与三次多项式拟合的位置坐标的数量小于3个，则进入步骤316；
步骤315、判断N个位置坐标中未参与三次多项式拟合的位置坐标的数量是否小于3个，若不是，将参与进行三次多项式拟合的所有位置坐标中的最后一个位置坐标作为分段点，从分段点开始重新选择四个位置坐标，返回步骤313；若判断N个位置坐标中未参与三次多项式拟合的位置坐标的数量小于3个，则进入步骤316；
步骤316、对剩余的位置坐标进行直线拟合或者二次多项式拟合。
优选地，第四步中，移动机器人在当前地面进行作业时，将地面误差曲线的Y轴的值变为负值，得到误差补偿曲线，将该误差补偿曲线作为移动机器人在空间上下移动的位移曲线对移动机器人进行实时补偿。
本发明的优点是：
(1)通过移动机器人上的传感器获取地面的水平误差数据，保证其效率和准确度，精确测出地面水平误差；(2)提出两种拟合方法来建立地面水平误差的模型，满足移动机器人不同的作业精度要求；(3)在移动机器人工作过程中对末端执行器进行实时的误差补偿，保证了移动机器人的作业精度要求。
附图说明
图1是获取的地面水平误差数据图；
图2是对地面水平误差数据进行三次多项式拟合的结果；
图3是对地面水平误差数据进行自动分段多项式拟合的结果；
图4是对地面水平误差数据进行自动分段多项式拟合曲线后所得到的误差补偿曲线。
具体实施方式
下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。
本发明提供了一种基于移动机器人的地面水平误差建模及补偿方法，包括以下步骤：
第一步、在移动机器人上安装用于测量任一平面相对于水平面的倾斜角度的传感器；
第二步、获得起始位置的坐标，移动机器人从起始位置开始在当前地面上以固定的步长开始移动，直至移动N步，每次移动时，通过步长及传感器测量的倾斜角度计算得到本次移动相对上次移动的Y轴坐标变化量，将作为X轴变化量的步长与Y轴坐标变化量相结合，得到本次移动后的移动机器人位置坐标，设第i次移动后，移动机器人的位置坐标为(xi,yi)，1≤i≤N；
第三步、利用上一步得到的位置坐标拟合得到当前地面的地面水平误差曲线，本实施例中，拟合采用自动分段多项式拟合，包括以下步骤：
步骤301、对第二步获得N个位置坐标利用三次多项式拟合得到原始地面水平误差曲线，三次多项式拟合包括以下步骤：
步骤3011、设三次拟合曲线方程为：y＝ax3+bx2+cx+d，其中的参数a、b、c、d由下面的公式确定：argmin[SDP(a，b，c，d)]，式中，
步骤3012、分别对参数a、b、c、d求偏导可得到：
步骤3013、将步骤3012得到的公式化简后有：
Y＝X·C
式中：
则参数a、b、c、d由下式确定：
C＝(XTX)-1XTY。
步骤302、对第二步获得N个位置坐标利用自动分段多项式拟合得到原始地面水平误差曲线，自动分段多项式拟合包括以下步骤：
步骤3021、从第二步获得N个位置坐标中选取前四个位置坐标；
步骤3022、基于上一步得到的位置坐标进行三次多项式拟合；
步骤3023、计算上一步拟合得到曲线与原始地面水平误差曲线的接近程度，若接近程度满足要求，则进入步骤3024，否则进入步骤3025；
步骤3024、判断N个位置坐标中未参与三次多项式拟合的位置坐标的数量是否小于3个，若不是，在上一步参与三次多项式拟合的位置坐标的基础上，再新增一个位置坐标，返回步骤3022；若断N个位置坐标中未参与三次多项式拟合的位置坐标的数量小于3个，则进入步骤3026；
步骤3025、判断N个位置坐标中未参与三次多项式拟合的位置坐标的数量是否小于3个，若不是，将参与进行三次多项式拟合的所有位置坐标中的最后一个位置坐标作为分段点，从分段点开始重新选择四个位置坐标，返回步骤3022；若断N个位置坐标中未参与三次多项式拟合的位置坐标的数量小于3个，则进入步骤3026；
步骤3026、对剩余的位置坐标进行直线拟合或者二次多项式拟合。
第四步、移动机器人在当前地面进行作业时，基于地面水平误差曲线利用前馈补偿法对移动机器人进行实时补偿，具体方法为：移动机器人在当前地面进行作业时，将地面水平误差曲线的Y轴的值变为负值，得到误差补偿曲线，将该误差补偿曲线作为移动机器人在空间上下移动的位移曲线，在移动机器人作业时进行实时补偿。
综上所述，本发明公开一种基于移动机器人的地面水平误差建模及补偿方法，通过移动机器人上的传感器获取工作地面的水平误差数据；再通过曲线拟合的方法对工作地面水平误差进行建模；最后通过拟合的地面水平误差曲线得到误差补偿曲线，在机器人作业时实时补偿误差。本发明的一种基于移动机器人的地面水平误差建模及误差补偿方法，通过自动获取地面水平误差，提供了地面水平误差建模和补偿方法，可有效的补偿地面水平误差，提高移动机器人的作业精度。

Claims (6)

1.一种基于移动机器人的地面水平误差建模及补偿方法，其特征在于，包括以下步骤：
第一步、在移动机器人上安装用于测量任一平面相对于水平面的倾斜角度的传感器；
第二步、获得起始位置的坐标，移动机器人从起始位置开始在当前地面上以固定的步长开始移动，直至移动N步，每次移动时，通过步长及传感器测量的倾斜角度计算得到本次移动相对上次移动的Y轴坐标变化量，将作为X轴变化量的步长与Y轴坐标变化量相结合，得到本次移动后的移动机器人位置坐标，设第i次移动后，移动机器人的位置坐标为(xi,yi)，1≤i≤N；
第三步、利用上一步得到的位置坐标拟合得到当前地面的地面误差曲线；
第四步、移动机器人在当前地面进行作业时，基于地面水平误差曲线利用前馈补偿法对移动机器人进行实时补偿。
2.如权利要求1所述的一种基于移动机器人的地面水平误差建模及补偿方法，其特征在于，在第三步中，利用上一步得到的位置坐标通过三次多项式拟合得到当前地面的所述地面水平误差曲线。
3.如权利要求2所述的一种基于移动机器人的地面水平误差建模及补偿方法，其特征在于，所述三次多项式拟合包括以下步骤：
步骤301、设三次拟合曲线方程为：y＝ax3+bx2+cx+d，其中的参数a、b、c、d由下面的公式确定：argmin[SDP(a，b，c，d)]，式中，
步骤302、分别对参数a、b、c、d求偏导可得到：
步骤303、将步骤302得到的公式化简后有：
Y＝X·C
式中：
则参数a、b、c、d由下式确定：
C＝(XTX)-1XTY。
4.如权利要求1所述的一种基于移动机器人的地面水平误差建模及补偿方法，其特征在于，在第三步中，利用上一步得到的位置坐标通过自动分段多项式拟合得到当前地面的所述地面水平误差曲线。
5.如权利要求4所述的一种基于移动机器人的地面水平误差建模及补偿方法，其特征在于，所述自动分段多项式拟合包括以下步骤：
步骤311、从第二步获得N个位置坐标中选取前四个位置坐标；
步骤312、基于上一步得到的位置坐标进行三次多项式拟合；
步骤313、计算上一步拟合得到曲线与原始地面水平误差曲线的接近程度，若接近程度满足要求，则进入步骤314，否则进入步骤315；
步骤314、判断N个位置坐标中未参与三次多项式拟合的位置坐标的数量是否小于3个，若不是，在上一步参与三次多项式拟合的位置坐标的基础上，再新增一个位置坐标，返回步骤312；若断N个位置坐标中未参与三次多项式拟合的位置坐标的数量小于3个，则进入步骤316；
步骤315、判断N个位置坐标中未参与三次多项式拟合的位置坐标的数量是否小于3个，若不是，将参与进行三次多项式拟合的所有位置坐标中的最后一个位置坐标作为分段点，从分段点开始重新选择四个位置坐标，返回步骤312；若断N个位置坐标中未参与三次多项式拟合的位置坐标的数量小于3个，则进入步骤316；
步骤316、对剩余的位置坐标进行直线拟合或者二次多项式拟合。
6.如权利要求1所述的一种基于移动机器人的地面水平误差建模及补偿方法，其特征在于，第四步中，移动机器人在当前地面进行作业时，将地面水平误差曲线的Y轴的值变为负值，得到误差补偿曲线，将该误差补偿曲线作为移动机器人在空间上下移动的位移曲线，在移动机器人作业时进行实时补偿。
CN201811423992.3A 2018-11-27 2018-11-27 一种基于移动机器人的地面水平误差建模及补偿方法 Active CN109397293B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201811423992.3A CN109397293B (zh) 2018-11-27 2018-11-27 一种基于移动机器人的地面水平误差建模及补偿方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201811423992.3A CN109397293B (zh) 2018-11-27 2018-11-27 一种基于移动机器人的地面水平误差建模及补偿方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN109397293A true CN109397293A (zh) 2019-03-01
CN109397293B CN109397293B (zh) 2022-05-31

Family

ID=65455727

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201811423992.3A Active CN109397293B (zh) 2018-11-27 2018-11-27 一种基于移动机器人的地面水平误差建模及补偿方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN109397293B (zh)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110731164A (zh) * 2019-12-03 2020-01-31 深知智能科技(金华)有限公司 一种收割机工作装置作业姿态自动调整控制方法及系统
CN111099243A (zh) * 2019-12-25 2020-05-05 苏州罗伯特木牛流马物流技术有限公司 Agv在倾斜地面上多层货架上取放货物的方法

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1392950A (zh) * 2000-08-18 2003-01-22 学校法人中央大学 移动装置的位置误差评价方法和根据其评价结果改善移动精度的方法
CN102121827A (zh) * 2010-11-29 2011-07-13 浙江亚特电器有限公司 一种移动机器人定位系统及其定位方法
CN104317218A (zh) * 2014-10-11 2015-01-28 华南理工大学 一种微纳操作环境下的精密宏动并联定位系统及方法
CN105865419A (zh) * 2015-01-22 2016-08-17 青岛通产软件科技有限公司 基于地面特征的移动机器人的自主精确定位系统及方法
CN106370185A (zh) * 2016-08-31 2017-02-01 北京翰宁智能科技有限责任公司 基于地面基准标识的移动机器人定位方法和系统
CN107053176A (zh) * 2017-04-09 2017-08-18 北京工业大学 一种六自由度机器人末端空间曲线轨迹的误差建模方法
CN108170137A (zh) * 2017-12-15 2018-06-15 珊口（上海）智能科技有限公司 移动机器人及其控制方法和控制系统

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1392950A (zh) * 2000-08-18 2003-01-22 学校法人中央大学 移动装置的位置误差评价方法和根据其评价结果改善移动精度的方法
CN102121827A (zh) * 2010-11-29 2011-07-13 浙江亚特电器有限公司 一种移动机器人定位系统及其定位方法
CN104317218A (zh) * 2014-10-11 2015-01-28 华南理工大学 一种微纳操作环境下的精密宏动并联定位系统及方法
CN105865419A (zh) * 2015-01-22 2016-08-17 青岛通产软件科技有限公司 基于地面特征的移动机器人的自主精确定位系统及方法
CN106370185A (zh) * 2016-08-31 2017-02-01 北京翰宁智能科技有限责任公司 基于地面基准标识的移动机器人定位方法和系统
CN107053176A (zh) * 2017-04-09 2017-08-18 北京工业大学 一种六自由度机器人末端空间曲线轨迹的误差建模方法
CN108170137A (zh) * 2017-12-15 2018-06-15 珊口（上海）智能科技有限公司 移动机器人及其控制方法和控制系统

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
蔡山等: "《基于最小二乘法的分段三次曲线拟合方法研究》", 《科学技术与工程》 *
谢兆学等: "《计算机绘图》", 30 June 1995 *

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110731164A (zh) * 2019-12-03 2020-01-31 深知智能科技(金华)有限公司 一种收割机工作装置作业姿态自动调整控制方法及系统
CN110731164B (zh) * 2019-12-03 2020-09-15 深知智能科技(金华)有限公司 一种收割机工作装置作业姿态自动调整控制方法及系统
CN111099243A (zh) * 2019-12-25 2020-05-05 苏州罗伯特木牛流马物流技术有限公司 Agv在倾斜地面上多层货架上取放货物的方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN109397293B (zh) 2022-05-31

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP6937995B2 (ja) 物体認識処理装置及び方法、並びに、物体ピッキング装置及び方法
CN104596418B (zh) 一种多机械臂系统坐标系标定及精度补偿方法
CN108106535B (zh) 一种基于机器人的线激光标定方法和线激光标定装置
CN105509671B (zh) 一种利用平面标定板的机器人工具中心点标定方法
US7542872B2 (en) Form measuring instrument, form measuring method and form measuring program
CN113370221B (zh) 机器人tcp标定系统、方法、装置、设备及存储介质
CN111152216B (zh) 一种自动矫正工业机器人的工具中心点的方法
CN109397293A (zh) 一种基于移动机器人的地面水平误差建模及补偿方法
CN112147951B (zh) 机加工设备热误差补偿方法及其装置、系统、介质、终端
CN111693053A (zh) 一种基于移动机器人的重定位方法及系统
CN110211174A (zh) 曲面测量装置标定的方法、设备和存储介质
CN115194769A (zh) 坐标系校准方法、装置、机器人和存储介质
CN106671081B (zh) 一种基于单目视觉的少自由度机器人运动学标定方法
CN114012724A (zh) 一种基于探针的工业机器人坐标系自动标定方法
KR20120009162A (ko) 블록 정합 방법
CN111174790B (zh) 一种地形剖面跟踪路径的形成方法
JP6474587B2 (ja) 測定値補正方法、測定値補正プログラム及び測定装置
CN114290330A (zh) 机器人的校准方法和校准装置、机器人和可读存储介质
CN115030247B (zh) 一种臂架位姿信息的校正方法、装置及挖掘机
CN105499676A (zh) 机壳亮边的走刀路径的获取方法及仿真加工方法
JP6405195B2 (ja) 測定値補正方法、測定値補正プログラム及び測定装置
JP2001133244A (ja) 形状測定方法およびその装置
CN115576268B (zh) 一种数控加工设备的跟随误差预测方法
CN113607066B (zh) 一种激光位移传感器的光轴坐标系的标定方法
KR102048066B1 (ko) 의료용 로봇의 툴 검증을 위한 추가 캘리브레이션 방법

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant