CN113715062B - 一种机械臂连杆参数的标定方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种机械臂连杆参数的标定方法,本发明采用测头测量球在标准方箱上与预设点逐个接触,得到测头接触每个点时的机械臂关节坐标,在结合机械臂的正运动学齐次矩阵,得到每个测量点在工件坐标系的坐标表达式,最后将测点与标准方箱上任一点进行配对,拟合后得到机械臂的连杆参数。本发明的标定精度超过标定杆标定,同时成本低于激光跟踪仪标定。
Description
技术领域
本发明属于参数标定领域,具体涉及一种机械臂连杆参数的标定方法。
背景技术
串联型工业机器人中经常包含多个旋转关节,因此为满足指定轨迹的运动,必须求出其关节空间和笛卡尔空间的坐标转换式,也即机器人的正逆运动学。在求解过程中,连杆的参数与实际值是否相符,直接影响着机器人的轨迹精度,因此,对连杆参数进行标定是提高机器人精度的必要手段。
主流技术方案有两种:
第一,采用激光跟踪仪进行标定,标定精度高,但跟踪仪价格昂贵,对使用空间有要求(狭小空间不利于激光跟踪),需专业人员操作。
第二,采用两个标定杆,一个固定,另一个装在机器人末端,装在机器人末端的标定杆以多种姿态与固定标定杆对齐,记录机器人关节数据进行解算,这种方案的问题在于两个标定杆对齐的标准只能用人眼确定,只能粗略标定,精度难以保证。
发明内容
本发明的目的在于克服上述不足,提供一种机械臂连杆参数的标定方法,提高标定精度。
为了达到上述目的,本发明包括以下步骤:
S1,使标准方箱的四个侧面分别与机械臂工件坐标系的任意两坐标轴平行;
S2,在标准方箱的四个侧面上共取N个点;
S3,控制测头测量球与S2中取的点逐个接触,得到测头接触每个点时的机械臂关节坐标;
S4,计算机械臂的正运动学齐次矩阵;
S5,将S3中每个测量点的关节坐标与机械臂的正运动学齐次矩阵相结合,得到每个测量点在工件坐标系的坐标表达式,该表达式的变量为机械臂的连杆参数;
S6,在N个测量点中任意选取一点,将此点与标准方箱对面的任一点进行配对;
S7,重复S6,直到所有测量点都配对完成,得到N个方程;
S8,针对S7得到的N个方程,最佳拟合后得到机械臂的连杆参数。
S2中,在标准方箱的四个侧面上,同一高度,在每个侧面上均匀取m个点,总点数为N=4m。
S2中,N大于等于2k,k为机器人关节数。
S3中,手动控制机械臂带动固定于机械臂末端的测头移动。
S6中的配对方法如下:
任意选取的一点与标准方箱对面的任一点的表达式相减得到方程A,标准方箱边长与测头终端测量球的直径之和为方程B,方程A与方程B结合完成配对。
S8中,拟合采用线性约束最小二乘法进行最佳拟合。
与现有技术相比,本发明采用测头测量球在标准方箱上与预设点逐个接触,得到测头接触每个点时的机械臂关节坐标,在结合机械臂的正运动学齐次矩阵,得到每个测量点在工件坐标系的坐标表达式,最后将测点与标准方箱上任一点进行配对,拟合后得到机械臂的连杆参数。本发明的标定精度超过标定杆标定,同时成本低于激光跟踪仪标定。
附图说明
图1为本发明的标准方箱取点示意图;
图2为测头接近某测量点时的示意图;
图3为求方程时的平面示意图;
其中,1为标准方箱,2为其中一点测量点,3为测头。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步说明。
参见图1,本发明包括以下步骤:
S1,将标准方箱放置于工作台面上,使标准方箱的四个侧面分别与机械臂工件坐标系的任意两坐标轴平行;
S2,在标准方箱的四个侧面上,同一高度,在每个侧面上均匀取m个点,共取N个点,总点数为N=4m,N大于等于2k,k为机器人关节数;
S3,手动控制机械臂带动固定于机械臂末端的测头移动,使测头测量球与S2中取的点逐个接触,得到测头接触每个点时的机械臂关节坐标;
S4,计算机械臂的正运动学齐次矩阵;
S5,将S3中每个测量点的关节坐标与机械臂的正运动学齐次矩阵相结合,得到每个测量点在工件坐标系的坐标表达式,该表达式的变量为机械臂的连杆参数;
S6,在N个测量点中任意选取一点,将此点与标准方箱对面的任一点进行配对;配对方法如下:
任意选取的一点与标准方箱对面的任一点的表达式相减得到方程A,标准方箱边长与测头终端测量球的直径之和为方程B,方程A与方程B结合完成配对。
S7,重复S6,直到所有测量点都配对完成,得到N个方程;
S8,针对S7得到的N个方程,采用线性约束最小二乘法进行最佳拟合,得到机械臂的连杆参数。
实施例:
S1,如附图3所示,将标准方箱1放置于工作台面上,并使得方箱的A/C面与机械臂工件坐标系的X轴平行,B/D面与机械臂工件坐标系的Y轴平行;
S2,如附图2所示,在方箱的四个侧面上,同一高度,在每个侧面上均匀取m个测点2,总点数为N=4m;
S4,计算机械臂的正运动学齐次矩阵,该六自由度机械臂的正运动学齐次矩阵为式中各变量为机械臂各关节坐标及连杆参数(根据机器人运动学常用的DH坐标系定义,为连杆长度a和连杆偏距d)的函数式,具体推导过程和表达式为机器人运动学领域常识,此处不再赘述;
S7,重复S6,直到所有测量点都配对完成,得到N个方程;
S8,针对S7得到的N个方程,用线性约束最小二乘法进行最佳拟合,即可得到机械臂的连杆参数ai,di,其中=1,2,3,4,5,6。
Claims (5)
1.一种机械臂连杆参数的标定方法,其特征在于,包括以下步骤:
S1,使标准方箱的四个侧面分别与机械臂工件坐标系的任意两坐标轴平行;
S2,在标准方箱的四个侧面上共取N个点;
S3,控制测头测量球与S2中取的点逐个接触,得到测头接触每个点时的机械臂关节坐标;
S4,计算机械臂的正运动学齐次矩阵;
S5,将S3中每个测量点的关节坐标与机械臂的正运动学齐次矩阵相结合,得到每个测量点在工件坐标系的坐标表达式,该表达式的变量为机械臂的连杆参数;
S6,在N个测量点中任意选取一点,将此点与标准方箱对面的任一点进行配对;具体方法如下:
任意选取的一点与标准方箱对面的任一点的表达式相减得到方程A,标准方箱边长与测头终端测量球的直径之和为方程B,方程A与方程B结合完成配对;
S7,重复S6,直到所有测量点都配对完成,得到N个方程;
S8,针对S7得到的N个方程,最佳拟合后得到机械臂的连杆参数。
2.根据权利要求1所述的一种机械臂连杆参数的标定方法,其特征在于,S2中,在标准方箱的四个侧面上,同一高度,在每个侧面上均匀取m个点,总点数为N=4m。
3.根据权利要求1所述的一种机械臂连杆参数的标定方法,其特征在于,S2中,N大于等于2k,k为机器人关节数。
4.根据权利要求1所述的一种机械臂连杆参数的标定方法,其特征在于,S3中,手动控制机械臂带动固定于机械臂末端的测头移动。
5.根据权利要求1所述的一种机械臂连杆参数的标定方法,其特征在于,S8中,拟合采用线性约束最小二乘法进行最佳拟合。
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