CN113715062B - 一种机械臂连杆参数的标定方法 - Google Patents

一种机械臂连杆参数的标定方法 Download PDF

Info

Publication number
CN113715062B
CN113715062B CN202111076733.XA CN202111076733A CN113715062B CN 113715062 B CN113715062 B CN 113715062B CN 202111076733 A CN202111076733 A CN 202111076733A CN 113715062 B CN113715062 B CN 113715062B
Authority
CN
China
Prior art keywords
mechanical arm
point
connecting rod
measuring
square box
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
CN202111076733.XA
Other languages
English (en)
Other versions
CN113715062A (zh
Inventor
方学伟
王传彬
黄科
卢秉恒
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.)
Xian Jiaotong University
Original Assignee
Xian Jiaotong University
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 Xian Jiaotong University filed Critical Xian Jiaotong University
Priority to CN202111076733.XA priority Critical patent/CN113715062B/zh
Publication of CN113715062A publication Critical patent/CN113715062A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN113715062B publication Critical patent/CN113715062B/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
    • B25J19/00—Accessories fitted to manipulators, e.g. for monitoring, for viewing; Safety devices combined with or specially adapted for use in connection with manipulators
    • B25J19/0095—Means or methods for testing manipulators
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F17/00—Digital computing or data processing equipment or methods, specially adapted for specific functions
    • G06F17/10—Complex mathematical operations
    • G06F17/11—Complex mathematical operations for solving equations, e.g. nonlinear equations, general mathematical optimization problems
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F17/00—Digital computing or data processing equipment or methods, specially adapted for specific functions
    • G06F17/10—Complex mathematical operations
    • G06F17/16—Matrix or vector computation, e.g. matrix-matrix or matrix-vector multiplication, matrix factorization
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P90/00—Enabling technologies with a potential contribution to greenhouse gas [GHG] emissions mitigation
    • Y02P90/02—Total factory control, e.g. smart factories, flexible manufacturing systems [FMS] or integrated manufacturing systems [IMS]

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Mathematical Physics (AREA)
  • Data Mining & Analysis (AREA)
  • Computational Mathematics (AREA)
  • Mathematical Optimization (AREA)
  • Theoretical Computer Science (AREA)
  • Pure & Applied Mathematics (AREA)
  • Mathematical Analysis (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Databases & Information Systems (AREA)
  • Software Systems (AREA)
  • Algebra (AREA)
  • Computing Systems (AREA)
  • Robotics (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Operations Research (AREA)
  • Manipulator (AREA)
  • Numerical Control (AREA)
  • Length Measuring Devices With Unspecified Measuring Means (AREA)

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

一种机械臂连杆参数的标定方法
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；
S3，如附图1所示，手动控制机械臂带动固定于机械臂末端的测头3移动，使得测头3测量球与S2中取的点逐个接触，从而得到测头3接触每个点时的机械臂关节坐标，比如，在接触A1点时，其机械臂关节坐标为
Figure BDA0003262487620000041
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
Figure BDA0003262487620000042
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；
S5，结合S2中每个测量点的关节坐标和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，如
Figure BDA0003262487620000043
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1对面的任一点进行配对，将两点表达式相减得到方程的左边，如
Figure BDA0003262487620000044
方程的右边为标准方箱1边长L，于是得到一个方程
Figure BDA0003262487620000045
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。
CN202111076733.XA 2021-09-14 2021-09-14 一种机械臂连杆参数的标定方法 Active CN113715062B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202111076733.XA CN113715062B (zh) 2021-09-14 2021-09-14 一种机械臂连杆参数的标定方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202111076733.XA CN113715062B (zh) 2021-09-14 2021-09-14 一种机械臂连杆参数的标定方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN113715062A CN113715062A (zh) 2021-11-30
CN113715062B true CN113715062B (zh) 2023-07-07

Family

ID=78683663

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202111076733.XA Active CN113715062B (zh) 2021-09-14 2021-09-14 一种机械臂连杆参数的标定方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN113715062B (zh)

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103258327A (zh) * 2013-04-23 2013-08-21 华中科技大学 一种基于二自由度摄像机的单点标定方法
CN107363823A (zh) * 2017-06-21 2017-11-21 深圳市恒科通机器人有限公司 机械臂的坐标标定方法
CN109895101A (zh) * 2019-04-09 2019-06-18 大连理工大学 一种关节型机械臂逆运动学数值唯一解求取方法

Family Cites Families (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH10187657A (ja) * 1996-12-20 1998-07-21 Nec Corp リンク機構座標変換方式
DE10359898A1 (de) * 2003-12-19 2005-07-21 X-Log Gmbh & Co. Secom Entwicklung Kg Verfahren zum Steuern und Überwachen von Maschinen
US8943060B2 (en) * 2012-02-28 2015-01-27 CQuotient, Inc. Systems, methods and apparatus for identifying links among interactional digital data
CN104827480A (zh) * 2014-02-11 2015-08-12 泰科电子(上海)有限公司 机器人系统的自动标定方法
CN105354433B (zh) * 2015-11-24 2017-11-21 北京邮电大学 一种空间机械臂参数对运动可靠性影响比重的确定方法
CN107717993B (zh) * 2017-11-03 2021-02-12 成都卡诺普自动化控制技术有限公司 一种高效便捷的简易机器人标定方法
CN108773796B (zh) * 2018-04-20 2019-11-08 华南农业大学 一种叉车上任意两点坐标系的标定方法
CN109732590B (zh) * 2018-12-20 2020-10-09 中国铁建重工集团股份有限公司 一种工程机械臂的在线标定方法
CN109773786B (zh) * 2018-12-29 2022-04-19 南京埃斯顿机器人工程有限公司 一种工业机器人平面精度标定方法
CN112833792B (zh) * 2021-02-24 2022-07-05 南京邮电大学 一种用于六自由度机械臂的精度标定和验证方法

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103258327A (zh) * 2013-04-23 2013-08-21 华中科技大学 一种基于二自由度摄像机的单点标定方法
CN107363823A (zh) * 2017-06-21 2017-11-21 深圳市恒科通机器人有限公司 机械臂的坐标标定方法
CN109895101A (zh) * 2019-04-09 2019-06-18 大连理工大学 一种关节型机械臂逆运动学数值唯一解求取方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN113715062A (zh) 2021-11-30

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN111660295B (zh) 工业机器人绝对精度标定系统及标定方法
CN109773786B (zh) 一种工业机器人平面精度标定方法
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
CN108789404B (zh) 一种基于视觉的串联机器人运动学参数标定方法
CN106777656B (zh) 一种基于pmpsd的工业机器人绝对精度校准方法
CN112105484B (zh) 机器人运动学参数自标定方法、系统及存储装置
CN109794963B (zh) 一种面向曲面构件的机器人快速定位方法
CN112833792B (zh) 一种用于六自由度机械臂的精度标定和验证方法
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
CN110170996B (zh) 一种基于立体视觉的机器人快速示教系统
CN112958960B (zh) 一种基于光学靶标的机器人手眼标定装置
CN112109084A (zh) 基于机器人关节角度补偿的末端位置补偿方法及其应用
CN113146620A (zh) 基于双目视觉的双臂协作机器人系统和控制方法
CN109773686B (zh) 一种用于机器人装配的点激光线标定方法及系统
CN111546330B (zh) 一种自动化工件坐标系标定方法
CN114643578A (zh) 一种提高机器人视觉引导精度的标定装置及方法
CN111390914B (zh) 一种机器人零位和工具坐标标定方法
CN113580148A (zh) 基于等效运动链的并联机器人运动学标定方法
CN112894814B (zh) 一种基于最小二乘法的机械臂dh参数辨识方法
CN113681559B (zh) 一种基于标准圆柱的线激光扫描机器人手眼标定方法
CN113715062B (zh) 一种机械臂连杆参数的标定方法
CN112762822B (zh) 一种基于激光跟踪仪的机械臂校准方法及系统
CN111958603B (zh) 一种机械臂运动学参数分离测量装置及辨识方法
CN109489555B (zh) 一种机器人末端执行器位置误差的测量方法
CN111409075A (zh) 简单方便的机器人手眼标定系统和标定方法

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