CN111390914B - 一种机器人零位和工具坐标标定方法 - Google Patents

一种机器人零位和工具坐标标定方法 Download PDF

Info

Publication number
CN111390914B
CN111390914B CN202010308025.3A CN202010308025A CN111390914B CN 111390914 B CN111390914 B CN 111390914B CN 202010308025 A CN202010308025 A CN 202010308025A CN 111390914 B CN111390914 B CN 111390914B
Authority
CN
China
Prior art keywords
robot
error
tool
joint
zero position
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.)
Active
Application number
CN202010308025.3A
Other languages
English (en)
Other versions
CN111390914A (zh
Inventor
王永超
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 Gene Automation Technology Co ltd
Original Assignee
Shanghai Gene Automation Technology 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 Gene Automation Technology Co ltd filed Critical Shanghai Gene Automation Technology Co ltd
Priority to CN202010308025.3A priority Critical patent/CN111390914B/zh
Publication of CN111390914A publication Critical patent/CN111390914A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN111390914B publication Critical patent/CN111390914B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

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
    • B25J9/1628—Programme controls characterised by the control loop
    • B25J9/1653—Programme controls characterised by the control loop parameters identification, estimation, stiffness, accuracy, error analysis

Abstract

本发明为一种机器人零位和工具坐标标定方法，包括如下步骤：对关节角数据进行记录测量；对机器人的正运动学进行分析：建立机器人关节零位和工具坐标的误差模型；对误差模型进行计算；更新误差模型；计算位置误差；补偿误差。本发明解决了现有标定过程中采用高精度设备成本高，操作复杂的缺点，依靠软件算法提高了机器人精度。本发明根据机器人末端点位误差计算出关节零位误差和工具坐标误差，测量设备简单，成本低，可广泛与用于中小企业。本发明系统整体结构设计合理，整个系统体积小、重量轻、高度集成，且通过控制器整体控制，使用简单方便、对机器人本体性能没有影响，既可以适合新机器人设计、又可以满足在役机器人需要。

Description

一种机器人零位和工具坐标标定方法
技术领域
本发明涉及机器人控制领域，尤其涉及机器人零位和工具坐标标定方法。
背景技术
机器人是一种开环的运动学结构，通过角度测量装置(通常是增量式码盘)得到关节转动的角度值，通过机器人运动学模型得到当前机器人末端执行器的空间位姿。由于在机器人生产过程中机械制造与装配、编码器、运动控制等环节均不可避免地存在各种误差，在机器人的使用过程中的重力形变、热变形、间隙和磨损以及其他随机误差等，因此机器人末端的实际空间位姿与理想值相比通常存在较大偏差，从而影响机器人的运动精度。通过对机器人进行标定，获取机器人准确的结构与位姿参数，可以将机器人的位姿误差大幅度降低，进而将机器人的绝对精度提高到重复精度的水平。
机器人在实际应用过程中，由于关节零位和工具坐标不够精确，导致机器人末端走直线轨迹和圆弧轨迹时路径偏差较大，影响实际应用的效果。现有的标定方法，在测量设备上需要高精密设备，比如激光跟踪仪。这种设备价格昂贵，操作复杂，机器人精度标定成本较高。需要一种标定算法快速实现机器人关节零位和工具坐标的标定，得到实际机器人关节零位和理论关节零位之间的误差，将误差补偿到控制器中，提高机器人的精度。
发明内容
本发明的主要目的在于提供一种高效便捷的机器人零位和工具坐标标定方法，解决了现有标定过程中采用高精度设备成本高，操作复杂的缺点，依靠软件算法提高了机器人精度。
本发明采用的技术方案如下：一种机器人零位和工具坐标标定方法，包括如下步骤：
步骤一：对关节角数据进行记录测量；
步骤二：对机器人的正运动学进行分析：
步骤三：建立机器人关节零位和工具坐标的误差模型；
步骤四：对误差模型进行计算；
步骤五：更新误差模型；
步骤六：计算位置误差；
步骤七：补偿误差。
所述步骤一具体做法为：分别在机器人末端法兰和机器人工作区域一固定点安装测量针尖；保持两个测量尖点始终相对，变换机器人姿态，读取机器人关节角度数据。
所述步骤三的具体步骤为：建立机器人关节零位和工具坐标的误差模型：δ＝[δq2，δq3，δq4，δq5，δpx，δpy，δpz]，在不改变机器人零位和工具安装位置的情况下，误差δ为常量；
所述步骤四的具体步骤为：据机器人正运动学算法，机器人工具末端的位置和机器人关节角q＝[q1，q2，q3，q4，q5，q6]和工具坐标tool＝[px，py，pz]的关系为p＝f(q，tool)；测量的实际位置和名义位置的误差pc-pn＝J*δ，则实际位置pc＝pn+J*δ，其中J为雅可比矩阵；
所述步骤五的具体步骤为：取两次测量结果，由于针尖始终相对，认为两次测量的实际位置相同，则
Figure BDA0002456467650000031
由此可得
Figure BDA0002456467650000037
和
Figure BDA0002456467650000033
可以由公式p＝f(q，tool)得到；利用测量N＝20次的关节数据构造末端名义位置误差模型：
Figure BDA0002456467650000034
其中
Figure BDA0002456467650000035
Figure BDA0002456467650000036
由最小二乘法得到误差δ＝(BT*B)-1*BT*Y；
所述步骤七的具体步骤为：将误差补偿到机器人关节和工具坐标后，计算δp是否满足误差要求，如果满足，则误差得到；如果不满足，重复步操作，操作步骤迭代计算；将步骤计算的关节零位误差补偿到控制器中，提高机器人的精度。
本发明的有益效果为：本发明解决了现有标定过程中采用高精度设备成本高，操作复杂的缺点，依靠软件算法提高了机器人精度。本发明根据机器人末端点位误差计算出关节零位误差和工具坐标误差，测量设备简单，成本低，可广泛与用于中小企业。本发明系统整体结构设计合理，整个系统体积小、重量轻、高度集成，且通过控制器整体控制，使用简单方便、对机器人本体性能没有影响，既可以适合新机器人设计、又可以满足在役机器人需要。
附图说明
图1为本发明流程示意图。
图2为本发明标定示意图。
具体实施方式
实施例1
本发明采用的技术方案如下：一种机器人零位和工具坐标标定方法，包括如下步骤：
步骤一：对关节角数据进行记录测量；
步骤二：对机器人的正运动学进行分析：
步骤三：建立机器人关节零位和工具坐标的误差模型；
步骤四：对误差模型进行计算；
步骤五：更新误差模型；
步骤六：计算位置误差；
步骤七：补偿误差。
实施例2
一种机器人零位和工具坐标标定方法，包括如下步骤：
1)分别在机器人末端法兰和机器人工作区域一固定点安装测量针尖。
2)保持两个测量尖点始终相对，变换机器人姿态，读取机器人关节角度数据。
3)建立机器人关节零位和工具坐标的误差模型
δ＝[δq2，δq3，δq4，δq5，δpx，δpy，δpz]，在不改变机器人零位和工具安装位置的情况下，误差δ为常量。
4)根据机器人正运动学算法，机器人工具末端的位置和机器人关节角q＝[q1，q2，q3，q4，q5，q6]和工具坐标tool＝[px，py，pz]的关系为p＝f(q，tool)。
5)测量的实际位置和名义位置的误差pc-pn＝J*δ，则实际位置pc＝pn+J*δ，其中J为雅可比矩阵。
6)取两次测量结果.由于针尖始终相对.认为两次测量的实际位置相同，则
Figure BDA0002456467650000051
由此可得
Figure BDA0002456467650000052
Figure BDA0002456467650000053
和
Figure BDA0002456467650000054
可以由公式p＝f(q，tool)得到。
7)利用测量N＝20次的关节数据构造末端名义位置误差模型：
Figure BDA0002456467650000061
其中
Figure BDA0002456467650000062
Figure BDA0002456467650000063
8)由最小二乘法得到误差δ＝(BT*B)-1*BT*Y。
9)将误差补偿到机器人关节和工具坐标后，计算δp是否满足误差要求，如果满足，则误差得到；如果不满足，重复步骤8，步骤9迭代计算。
10)将步骤9计算的关节零位误差补偿到控制器中，提高机器人的精度。
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (3)

1.一种机器人零位和工具坐标标定方法，包括如下步骤：
步骤一：对关节角数据进行记录测量；具体做法为：分别在机器人末端法兰和机器人工作区域一固定点安装测量针尖；保持两个测量尖点始终相对，变换机器人姿态，读取机器人关节角度数据；
步骤二：对机器人的正运动学进行分析；
步骤三：建立机器人关节零位和工具坐标的误差模型δ＝[δq2,δq3,δq4,δq5,δpx,δpy,δpz]；
步骤四：对误差模型进行计算；
步骤五：更新误差模型；
步骤六：计算位置误差；
步骤七：补偿误差；
其中，所述步骤四的具体步骤为：根据机器人正运动学算法，机器人工具末端的位置和机器人关节角q＝[q1,q2,q3,q4,q5,q6]和工具坐标tool＝[px,py,pz]的关系为p＝f(q,tool)；测量的实际位置和名义位置的误差pc-pn＝J*δ，则实际位置pc＝pn+J*δ，其中J为雅可比矩阵；
所述步骤五的具体步骤为：取两次测量结果，由于针尖始终相对，认为两次测量的实际位置相同，则
Figure FDA0003732013660000011
由此可得
Figure FDA0003732013660000012
Figure FDA0003732013660000013
Figure FDA0003732013660000014
和
Figure FDA0003732013660000015
可以由公式p＝f(q,tool)得到；利用测量N＝20次的关节数据构造末端名义位置误差模型：
Figure FDA0003732013660000016
其中
Figure FDA0003732013660000017
Figure FDA0003732013660000018
由最小二乘法得到误差δ＝(BT*B)-1*BT*Y；
所述步骤七中，将上述最小二乘法得到的误差δ＝(BT*B)-1*BT*Y补偿到机器人关节和工具坐标后，计算δp是否满足误差要求，如果满足，则误差得到；如果不满足，则返回步骤五重复构造末端名义位置误差模型迭代计算δp直至满足误差要求。
2.按照权利要求1所述的一种机器人零位和工具坐标标定方法，其特征在于所述步骤三的具体步骤为：建立机器人关节零位和工具坐标的误差模型，在不改变机器人零位和工具安装位置的情况下，误差为常量。
3.按照权利要求1所述的一种机器人零位和工具坐标标定方法，其特征在于所述步骤七还包括：将步骤计算的关节零位误差补偿到控制器中，提高机器人的精度。
CN202010308025.3A 2020-04-17 2020-04-17 一种机器人零位和工具坐标标定方法 Active CN111390914B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202010308025.3A CN111390914B (zh) 2020-04-17 2020-04-17 一种机器人零位和工具坐标标定方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202010308025.3A CN111390914B (zh) 2020-04-17 2020-04-17 一种机器人零位和工具坐标标定方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN111390914A CN111390914A (zh) 2020-07-10
CN111390914B true CN111390914B (zh) 2023-02-28

Family

ID=71426086

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202010308025.3A Active CN111390914B (zh) 2020-04-17 2020-04-17 一种机器人零位和工具坐标标定方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN111390914B (zh)

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112692828B (zh) * 2020-12-18 2022-08-19 上海新时达机器人有限公司 机器人标定方法、系统、装置及存储介质
CN112792814B (zh) * 2021-01-21 2022-06-10 珞石（北京）科技有限公司 基于视觉标志的机械臂零点标定方法
CN113878586B (zh) * 2021-11-04 2023-07-18 杭州景吾智能科技有限公司 机器人运动学标定装置、方法及系统

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102013007742A1 (de) * 2012-05-21 2013-11-21 preccon ROBOTICS GmbH Verfahren und Vorrichtung zur Wiederherstellung der Betriebsbereitschaft einer mehrachsigen Bewegungseinrichtung
CN106737855A (zh) * 2016-08-22 2017-05-31 南京理工大学 一种综合位姿误差模型与刚度补偿的机器人精度补偿方法
CN107042528A (zh) * 2017-06-01 2017-08-15 中国科学院宁波材料技术与工程研究所 一种工业机器人的运动学标定系统及方法
CN107042527A (zh) * 2017-05-20 2017-08-15 天津大学 一种基于三维力传感器的工业机器人标定装置及标定方法
CN110039528A (zh) * 2019-03-15 2019-07-23 广州智能装备研究院有限公司 一种基于动态学习的工业机器人零点标定方法
CN111216138A (zh) * 2020-04-09 2020-06-02 季华实验室 机器人标定方法、机器人标定系统及可读存储介质

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102013007742A1 (de) * 2012-05-21 2013-11-21 preccon ROBOTICS GmbH Verfahren und Vorrichtung zur Wiederherstellung der Betriebsbereitschaft einer mehrachsigen Bewegungseinrichtung
CN106737855A (zh) * 2016-08-22 2017-05-31 南京理工大学 一种综合位姿误差模型与刚度补偿的机器人精度补偿方法
CN107042527A (zh) * 2017-05-20 2017-08-15 天津大学 一种基于三维力传感器的工业机器人标定装置及标定方法
CN107042528A (zh) * 2017-06-01 2017-08-15 中国科学院宁波材料技术与工程研究所 一种工业机器人的运动学标定系统及方法
CN110039528A (zh) * 2019-03-15 2019-07-23 广州智能装备研究院有限公司 一种基于动态学习的工业机器人零点标定方法
CN111216138A (zh) * 2020-04-09 2020-06-02 季华实验室 机器人标定方法、机器人标定系统及可读存储介质

Also Published As

Publication number Publication date
CN111390914A (zh) 2020-07-10

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN111390914B (zh) 一种机器人零位和工具坐标标定方法
CN108297101B (zh) 多关节臂串联机器人末端位姿误差检测和动态补偿方法
CN109773786B (zh) 一种工业机器人平面精度标定方法
CN111660295B (zh) 工业机器人绝对精度标定系统及标定方法
CN108748159B (zh) 一种机械臂工具坐标系自标定方法
CN109822577B (zh) 一种基于视觉伺服的移动式机器人高精度加工方法
CN110193829B (zh) 一种耦合运动学与刚度参数辨识的机器人精度控制方法
CN106777656B (zh) 一种基于pmpsd的工业机器人绝对精度校准方法
CN108789404B (zh) 一种基于视觉的串联机器人运动学参数标定方法
CN109176517B (zh) 基于末端名义点约束的串联工业机器人连杆参数标定方法
CN111300406B (zh) 基于运动学分析的工业机器人轨迹精度补偿系统和方法
CN107639635B (zh) 一种机械臂位姿误差标定方法及系统
CN108972543B (zh) 自动高精度非接触式机器人tcp标定方法
CN113618738B (zh) 一种机械臂运动学参数标定方法及系统
CN112105484A (zh) 机器人运动学参数自标定方法、系统及存储装置
CN112318498B (zh) 一种考虑参数耦合的工业机器人标定方法
CN110174074B (zh) 一种用于工业机器人热形变误差补偿的测量装置及方法
CN110370271B (zh) 工业串联机器人的关节传动比误差校准方法
CN111687845B (zh) 一种基于惯性测量单元的机械臂运动学参数标定方法
CN113211445A (zh) 一种机器人参数标定方法、装置、设备及存储介质
CN115502968A (zh) 一种基于标定修复刚柔耦合模型的机械臂末端位置误差补偿方法
CN115091456A (zh) 基于矩阵求解的机器人手眼标定方法
CN112894814B (zh) 一种基于最小二乘法的机械臂dh参数辨识方法
CN109397293B (zh) 一种基于移动机器人的地面水平误差建模及补偿方法
CN113211436B (zh) 基于遗传算法的六自由度串联机器人误差标定方法

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