CN114012730A - 一种scara机器人本体标定及参数辨识方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种SCARA机器人本体标定及参数辨识方法，涉及机器人标定技术领域。本发明包括以下步骤：步骤一：将机器人末端移动到相机视野中心，建立中心圆模板并计算其圆心坐标；步骤二：沿X，Y方向移动某一固定距离，计算平均像素当量；步骤三：左手系下移动机器人末端到P1点；步骤四：右手系移动机器人末端到P1点；步骤五：重复拍照并获取当前像素坐标，计算距离误差并纠正当前位置；步骤六：移动到P2点并记录关节坐标，重复步骤四和五求得另一手系P2点关节坐标。本发明通过对机器人标定和参数等求取，采用机器视觉结合计算机人工智能解算的原理，对机器人丝杆末端进行拍照，通过运动学解算求得机器人的相关参数，达到机器人标定目的。
Description
技术领域
本发明涉及机器人标定技术领域，特别是涉及一种SCARA机器人本体标定及参数辨识方法。
背景技术
SCARA是(Selective Compliance Assembly Robot Arm)的缩写，意思是一种应用于装配作业的机器人手臂，SCARA机器人有3个旋转关节，其轴线相互平行，在平面内进行定位和定向，另一个关节是移动关节，用于完成末端件在垂直于平面的运动，手腕参考点的位置是由两旋转关节的角位移
和
及移动关节的位移z决定的，即
这类机器人的结构轻便、响应快，例如Adept1型SCARA机器人运动速度可达10m/s，比一般关节式机器人快数倍，最适用于平面定位，垂直方向进行装配的作业；
传统的机器人本体标定包括求取SCARA机器人的精确臂长和零点等，以达到左、右手系运动时都能精确对准同一个位置的目的；传统机器人标定一般通过机械方式，例如采用4点法：通过机器人左、右手系各运动2点采集机器人坐标，结合运动学解算计算来实现，而这样人工操作，示教来对机器人的2点容易引入人为偏差，使得机器人的解算不准；因此，我们提出一种SCARA机器人本体标定及参数辨识方法。
发明内容
本发明的目的在于提供一种SCARA机器人本体标定及参数辨识方法，以解决上述背景中提出的问题。
为解决上述技术问题，本发明是通过以下技术方案实现的：
本发明为一种SCARA机器人本体标定及参数辨识方法，包括以下步骤：
步骤一：将机器人末端移动到相机视野中心，并设定此位置点为六边形中心P0，建立中心圆模板并计算其圆心坐标；
步骤二：沿X，Y方向移动某一固定距离，移动的大小可根据末端轨迹圆的半径来设置，计算平均像素当量；
步骤三：左手系下移动机器人末端到P1点，记录P1点关节坐标S1(θ11，θ12)；
步骤四：右手系移动机器人末端到P1点，记录右手系P1点像素坐标，根据图机转换公式计算距离误差并纠正当前位置；
步骤五：重复拍照并获取当前像素坐标，计算距离误差并纠正当前位置，连续执行5次后，取第5次P1点右手系关节坐标S2(θ21，θ22)；
步骤六：移动到P2点并记录关节坐标，重复步骤四和五求得另一手系P2点关节坐标；由P1P2根据参数辨识算法，自动求出一组零点及臂长；重复步骤，求出P2P3，P3P4，P4P5及P5P6点的零点及臂长值，并计算各参数平均值。
优选地，所述SCARA机器人运动学标定中，丝杆最大允许同轴度误差为0.1㎜。
优选地，所述SCARA机器人运动学标定中，步骤二移动的大小可根据末端轨迹圆的半径来设置。
优选地，所述SCARA机器人运动学标定中，包括2-3个标定函数，所述标定函数包括J4减速比，零点补偿值(A°)，大臂长度(㎜)和小臂长度(㎜)。
优选地，所述精度测试中，丝杆最大允许同轴度误差为0.1㎜。
优选地，所述精度测试中，末端轨迹圆半径为15㎜。
优选地，所述精度测试中，测试点数为15。
优选地，所述精度测试中，包括3-4个评价函数，所述评价函数包括位置误差平均值(㎜)，位置误差标准差(㎜)，姿态误差平均值(°)，姿态误差标准差(°)，丝杆同轴度误差(㎜)和J4间隙(°)。
本发明具有以下有益效果：
本发明SCARA机器人本体标定及参数辨识方法，通过对机器人标定和参数(臂长、零点、减速比)等求取，采用机器视觉结合计算机人工智能解算的原理，利用机器视觉对机器人丝杆末端进行拍照，左、右手系切换时拍摄机器人末端在视觉坐标系的坐标，通过运动学解算求得机器人的相关参数(机器人臂长、零点、减速比)，从而达到机器人标定的目的。
当然，实施本发明的任一产品并不一定需要同时达到以上所述的所有优点。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明的SCARA机器人本体标定及参数辨识方法操作示意图；
图2为本发明的SCARA机器人本体标定及参数辨识方法流程图；
图3为本发明的SCARA机器人本体标定及参数辨识方法操作结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1-3所示：本发明为一种SCARA机器人本体标定及参数辨识方法，包括以下步骤：
步骤一：将机器人末端移动到相机视野中心，并设定此位置点为六边形中心P0，建立中心圆模板并计算其圆心坐标；
步骤二：沿X，Y方向移动某一固定距离，移动的大小可根据末端轨迹圆的半径来设置(即末端轨迹圆半径可根据实际情况更改)，计算平均像素当量；
步骤三：左手系下移动机器人末端到P1点，记录P1点关节坐标S1(θ11，θ12)；
步骤四：右手系移动机器人末端到P1点，记录右手系P1点像素坐标，根据图机转换公式计算距离误差并纠正当前位置；
步骤五：重复拍照并获取当前像素坐标，计算距离误差并纠正当前位置，连续执行5次后，取第5次P1点右手系关节坐标S2(θ21，θ22)；
步骤六：移动到P2点并记录关节坐标，重复步骤四和五求得另一手系P2点关节坐标；由P1P2根据参数辨识算法，自动求出一组零点及臂长；重复步骤，求出P2P3，P3P4，P4P5及P5P6点的零点及臂长值，并计算各参数平均值。
其中，SCARA机器人运动学标定中，丝杆最大允许同轴度误差为0.1㎜，沿X，Y方向移动的大小可根据末端轨迹圆的半径来设置，运动学标定中，包括2-3个标定函数，标定函数包括J4减速比，零点补偿值(A°)，大臂长度(㎜)和小臂长度(㎜)。
其中，精度测试中，丝杆最大允许同轴度误差为0.1㎜，末端轨迹圆半径为15㎜，测试点数为15；精度测试中，包括3-4个评价函数，评价函数包括位置误差平均值(㎜)，位置误差标准差(㎜)，姿态误差平均值(°)，姿态误差标准差(°)，丝杆同轴度误差(㎜)和J4间隙(°)。
本方案中，J4间隙：正转30°再反转30°，角度误差；
丝杆同轴度误差：指的是J4轴依次步进30°，相机拍照获取轴套内圆圆心坐标，J4累计旋转一周，即可以得到轴套内圆圆心12个点的坐标，这12点的重复定位误差的最大允许值即为丝杆最大允许同轴度误差；
位置误差：左、右手系点位偏差；
姿态误差：通过MARK点得出，左、右手系角度偏差。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“示例”、“具体示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
以上公开的本发明优选实施例只是用于帮助阐述本发明。优选实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为所述的具体实施方式。显然，根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本发明。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。
Claims (8)
1.一种SCARA机器人本体标定及参数辨识方法，其特征在于，所述SCARA机器人本体标定及参数辨识方法，包括以下步骤：
步骤一：将机器人末端移动到相机视野中心，并设定此位置点为六边形中心P0，建立中心圆模板并计算其圆心坐标；
步骤二：沿X，Y方向移动某一固定距离，计算平均像素当量；
步骤三：左手系下移动机器人末端到P1点，记录P1点关节坐标S1(θ11，θ12)；
步骤四：右手系移动机器人末端到P1点，记录右手系P1点像素坐标，根据图机转换公式计算距离误差并纠正当前位置；
步骤五：重复拍照并获取当前像素坐标，计算距离误差并纠正当前位置，连续执行5次后，取第5次P1点右手系关节坐标S2(θ21，θ22)；
步骤六：移动到P2点并记录关节坐标，重复步骤四和五求得另一手系P2点关节坐标；由P1P2根据参数辨识算法，自动求出一组零点及臂长；重复步骤，求出P2P3，P3P4，P4P5及P5P6点的零点及臂长值，并计算各参数平均值。
2.根据权利要求1所述的一种SCARA机器人本体标定及参数辨识方法，其特征在于，所述SCARA机器人运动学标定中，丝杆最大允许同轴度误差为0.1㎜。
3.根据权利要求1所述的一种SCARA机器人本体标定及参数辨识方法，其特征在于，所述SCARA机器人运动学标定中，步骤二移动的大小可根据末端轨迹圆的半径来设置。
4.根据权利要求1所述的一种SCARA机器人本体标定及参数辨识方法，其特征在于，所述SCARA机器人运动学标定中，包括2-3个标定函数，所述标定函数包括J4减速比，零点补偿值(A°)，大臂长度(㎜)和小臂长度(㎜)。
5.根据权利要求1所述的一种SCARA机器人本体标定及参数辨识方法，其特征在于，所述精度测试中，丝杆最大允许同轴度误差为0.1㎜。
6.根据权利要求1所述的一种SCARA机器人本体标定及参数辨识方法，其特征在于，所述精度测试中，末端轨迹圆半径为15㎜。
7.根据权利要求1所述的一种SCARA机器人本体标定及参数辨识方法，其特征在于，所述精度测试中，测试点数为15。
8.根据权利要求1所述的一种SCARA机器人本体标定及参数辨识方法，其特征在于，所述精度测试中，包括3-4个评价函数，所述评价函数包括位置误差平均值(㎜)，位置误差标准差(㎜)，姿态误差平均值(°)，姿态误差标准差(°)，丝杆同轴度误差(㎜)和J4间隙(°)。
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