CN116423529A - 基于双位置敏感器件约束的机器人参数标定方法及系统 - Google Patents

基于双位置敏感器件约束的机器人参数标定方法及系统 Download PDF

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CN116423529A CN202310698927.6A CN202310698927A CN116423529A CN 116423529 A CN116423529 A CN 116423529A CN 202310698927 A CN202310698927 A CN 202310698927A CN 116423529 A CN116423529 A CN 116423529A
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Abstract

本发明提供了一种基于双位置敏感器件约束的机器人参数标定方法及系统，属于机器人参数标定技术领域。在机器人不同姿态下，根据激光距离传感器末端点与第一坐标系和第二坐标系的位置关系，得到各个激光距离传感器末端点位置转换到第一坐标系中的各个第一位置坐标；获取激光距离传感器各个末端点位置转换到第三坐标系中的各个第二位置坐标；任意两个第一位置坐标之间计算距离，任意两个第二位置坐标之间计算距离，以任意两个激光距离传感器末端点位置对应的第二距离值和第一距离值的差值为误差，以所有误差的加和最小构建目标函数，得到最优的机器人参数；本发明解决了现有方案参数标定能力差的问题，能够实现机器人参数的更精确标定。

Description

基于双位置敏感器件约束的机器人参数标定方法及系统
技术领域
本发明涉及机器人参数标定技术领域，特别涉及一种基于双位置敏感器件约束的机器人参数标定方法及系统。
背景技术
本部分的陈述仅仅是提供了与本发明相关的背景技术，并不必然构成现有技术。
机器人精度主要包括重复定位精度及绝对定位精度，它是评价机器人综合性能的重要指标之一。目前的工业机器人重复定位精度较高，可以达到0.01mm，但是由于机器人受机械加工误差、装配误差、零部件磨损、末端负载变化以及温度影响的共同作用，绝对定位精度较低，这给测量机器人的应用、机械臂卫星高精度装配及飞机集成装配产生了不利的影响。尤其是机械臂在狭小空间中由于运动不精确，使得末端装配零件与周围高精密零件发生碰撞，导致高精密零件损坏，造成不必要的损失，随着工业机器人的不断应用与发展，对运动精度也提出了越来越高的要求。
六轴串联机器人是一种开环运动结构，通过每个轴的编码器可以确定每个关节的角度值，在每根轴上建立相应的齐次方程而构建机器人的运动模型，就可以确定机器人的末端位置和姿态（相对于机器人的基座）。
由于机器人的各个连杆参数和角度参数存在一定的误差，从而导致机器人的末端位姿不准确，确定机器人每根轴的齐次变换矩阵需要连杆长度
Figure SMS_1
、连杆偏置/>
Figure SMS_2
、连杆扭角/>
Figure SMS_3
和轴的转角/>
Figure SMS_4
四个参数，六个轴共计24个参数，这些参数称之为D-H参数；D-H参数在机器人设计时确定，由于加工和装配的误差，D-H参数会与理论值存在误差，从而降低了机器人的位姿精度。
目前的机器人D-H参数标定方法主要采用开环标定，开环标定需要激光跟踪仪和IGPS等设备，测量精度高，测量噪声较小，但需要标定外部测量设备与机器人坐标系间的关系，且外部测量设备价格昂贵，需要专门人员操作，测量设备易受环境因素影响造成测量结果异常，因此在应用中比较受限。
发明内容
为了解决现有技术的不足，本发明提供了一种基于双位置敏感器件约束的机器人参数标定方法及系统，能够实现机器人D-H参数的更精确标定，只需要一个激光距离传感器和两个位置敏感器件（Position Sensitive Detector，PSD），成本低且操作简单。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
本发明第一方面提供了一种基于双位置敏感器件约束的机器人参数标定方法。
一种基于双位置敏感器件约束的机器人参数标定方法，激光距离传感器位于机器人的机械臂末端，第一坐标系构建于第一位置敏感器件上，第二坐标系构建于第二位置敏感器件上，第二坐标系与第一坐标系之间的齐次变换关系固定，包括以下过程：
在机器人不同姿态下，根据激光距离传感器末端点与第一坐标系和第二坐标系的位置关系，得到各个激光距离传感器末端点位置转换到第一坐标系中的各个第一位置坐标；
获取激光距离传感器各个末端点位置转换到第三坐标系中的各个第二位置坐标，其中，第三坐标系构建于机器人本体上；
任意两个第一位置坐标之间计算距离，得到多个第一距离值，任意两个第二位置坐标之间计算距离，得到多个第二距离值；
以任意两个激光距离传感器末端点位置对应的第二距离值和第一距离值的差值为误差，以所有激光距离传感器末端点位置对应的误差的加和最小为目标，得到最优的机器人参数。
作为本发明第一方面进一步的限定，机器人为六轴串联机器人，机器人参数包括每个轴的连杆长度、连杆偏置、连杆扭角和轴的转角，采用粒子群算法进行目标求解，得到最优的机器人参数。
作为本发明第一方面进一步的限定，第一坐标系、第二坐标系和第三坐标系均为XYZ直角坐标系。
作为本发明第一方面进一步的限定，在机器人不同姿态下，根据激光距离传感器末端点与第一坐标系和第二坐标系的位置关系，得到各个激光距离传感器末端点位置转换到第一坐标系中的各个第一位置坐标，包括：
对任意一个激光距离传感器末端点，第一转换过程为：
使得激光线打在第一位置敏感器件的第一位置坐标上，通过反射打到第二位置敏感器件的第三位置坐标上，第四位置坐标为第三位置坐标关于第一坐标系的OXY平面的对称点，进而得到第四位置坐标在第一坐标系中的坐标；
根据第一位置坐标、第四位置坐标在第一坐标系中的坐标以及激光距离传感器末端点到第一位置坐标的距离，得到激光距离传感器末端点在第一坐标系中的实际位置；
依次对各激光距离传感器末端点执行上述第一转换过程，得到激光距离传感器多个末端点位置转换到第一坐标系中的多个第一位置坐标。
作为本发明第一方面进一步的限定，获取激光距离传感器各个末端点位置转换到第三坐标系中的各个第二位置坐标，包括：
对任意一个激光距离传感器末端点，第二转换过程为：
获取到当前机器人姿态下机器人各轴的关节角度值，其中，机器人末端构建有第四坐标系，激光测距传感器上构建有第五坐标系；
根据第四坐标系与第三坐标系之间的齐次变换矩阵以及第四坐标系与第五坐标系之间的齐次变换矩阵，得到第五坐标系与第三坐标系之间的齐次变换矩阵；
根据机器人各轴的关节角度值以及第五坐标系与第三坐标系之间的齐次变换矩阵，得到当前激光距离传感器末端点位置转换到第三坐标系中的各个第二位置坐标；
依次对各激光距离传感器末端点执行上述第二转换过程，得到激光距离传感器多个末端点位置转换到第三坐标系中的各个第二位置坐标。
作为本发明第一方面更进一步的限定，第四坐标系和第五坐标系均为XYZ直角坐标系。
作为本发明第一方面进一步的限定，激光距离传感器多个末端点位置为n个，则对应的第一位置坐标和第二位置坐标均为n个；
任意两个第一位置坐标之间计算距离，得到
Figure SMS_5
个第一距离值，任意两个第二位置坐标之间计算距离，得到/>
Figure SMS_6
个第二距离值。
本发明第二方面提供了一种基于双位置敏感器件约束的机器人参数标定系统。
一种基于双位置敏感器件约束的机器人参数标定系统，激光距离传感器位于机器人的机械臂末端，第一坐标系构建于第一位置敏感器件上，第二坐标系构建于第二位置敏感器件上，第二坐标系与第一坐标系之间的齐次变换关系固定，包括：
第一位置转换模块，被配置为：在机器人不同姿态下，根据激光距离传感器末端点与第一坐标系和第二坐标系的位置关系，得到各个激光距离传感器末端点位置转换到第一坐标系中的各个第一位置坐标；
第二位置转换模块，被配置为：获取激光距离传感器各个末端点位置转换到第三坐标系中的各个第二位置坐标，其中，第三坐标系构建于机器人本体上；
距离计算模块，被配置为：任意两个第一位置坐标之间计算距离，得到多个第一距离值，任意两个第二位置坐标之间计算距离，得到多个第二距离值；
参数寻优模块，被配置为：以任意两个激光距离传感器末端点位置对应的第二距离值和第一距离值的差值为误差，以所有激光距离传感器末端点位置对应的误差的加和最小为目标，得到最优的机器人参数。
作为本发明第二方面进一步的限定，第一位置转换模块中，在机器人不同姿态下，根据激光距离传感器末端点与第一坐标系和第二坐标系的位置关系，得到各个激光距离传感器末端点位置转换到第一坐标系中的各个第一位置坐标，包括：
对任意一个激光距离传感器末端点，第一转换过程为：
使得激光线打在第一位置敏感器件的第一位置坐标上，通过反射打到第二位置敏感器件的第三位置坐标上，第四位置坐标为第三位置坐标关于第一坐标系的OXY平面的对称点，进而得到第四位置坐标在第一坐标系中的坐标；
根据第一位置坐标、第四位置坐标在第一坐标系中的坐标以及激光距离传感器末端点到第一位置坐标的距离，得到激光距离传感器末端点在第一坐标系中的实际位置；
依次对各激光距离传感器末端点执行上述第一转换过程，得到激光距离传感器多个末端点位置转换到第一坐标系中的多个第一位置坐标。
作为本发明第二方面进一步的限定，第二位置转换模块中，获取激光距离传感器各个末端点位置转换到第三坐标系中的各个第二位置坐标，包括：
对任意一个激光距离传感器末端点，第二转换过程为：
获取到当前机器人姿态下机器人各轴的关节角度值，其中，机器人末端构建有第四坐标系，激光测距传感器上构建有第五坐标系；
根据第四坐标系与第三坐标系之间的齐次变换矩阵以及第四坐标系与第五坐标系之间的齐次变换矩阵，得到第五坐标系与第三坐标系之间的齐次变换矩阵；
根据机器人各轴的关节角度值以及第五坐标系与第三坐标系之间的齐次变换矩阵，得到当前激光距离传感器末端点位置转换到第三坐标系中的各个第二位置坐标；
依次对各激光距离传感器末端点执行上述第二转换过程，得到激光距离传感器多个末端点位置转换到第三坐标系中的各个第二位置坐标。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1、本发明创新性的提出了一种基于双位置敏感器件约束的机器人参数标定方法及系统，能够实现机器人D-H参数的更精确标定，只需要一个激光距离传感器和两个PSD（Position Sensitive Detector，位置敏感器件），成本低且操作简单；数据采集方式简单，只需改变机器人位姿，然后读数即可；作业过程耗时减短，从数据采集到数据处理，整个过程的用时比开环标定用时大大减短。
2、本发明创新性的提出了一种基于双位置敏感器件约束的机器人参数标定方法及系统，在机器人不同姿态下，根据激光距离传感器末端点与第一坐标系和第二坐标系的位置关系，得到各个激光距离传感器末端点位置转换到第一坐标系中的各个第一位置坐标，实现了精准的坐标转换。
3、本发明创新性的提出了一种基于双位置敏感器件约束的机器人参数标定方法及系统，激光测距传感器上构建有第五坐标系，根据机器人各轴的关节角度值以及第五坐标系与第三坐标系之间的齐次变换矩阵，得到当前激光距离传感器末端点位置转换到第三坐标系中的各个第二位置坐标，进一步的提高了转换精度。
4、本发明创新性的提出了一种基于双位置敏感器件约束的机器人参数标定方法及系统，以任意两个激光距离传感器末端点位置对应的第二距离值和第一距离值的差值为误差，以所有激光距离传感器末端点位置对应的误差的加和最小为目标，得到最优的机器人参数，提高了机器人D-H参数的标定精度。
本发明附加方面的优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。
图1为本发明实施例1提供的基于双位置敏感器件约束的机器人参数标定方法的原理示意图；
图2为本发明实施例2提供的基于双位置敏感器件约束的机器人参数标定系统的结构示意图；
其中，1-六轴串联机器人；2-激光距离传感器；3-第一位置敏感器件；4-第二位置敏感器件。
具体实施方式
下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明。
在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
实施例1：
如图1所示，本发明实施例1使用一个激光距离传感器和双PSD（PositionSensitive Detector，位置敏感器件），构造了一种新型的六轴串联机器人运动学参数的标定方法，通过测量和计算得到每个姿态的激光发射点的实际位置，通过运动学计算激光发射点的理论位置，实际位置数据组中两两做差得到实际距离，理论位置数据组中两两做差得到理论距离，依据理论距离和实际距离的误差最小原则，可建立目标方程，通过粒子群参数辨识的方法，可以将运动学参数辨识出来，具体的，包括以下过程：
S1：在六轴串联机器人1的本体建立B坐标系（即第三坐标系，三个坐标轴分别为x b 、y b和z b），在六轴串联机器人1的末端建立E坐标系（即第四坐标系，三个坐标轴分别为x e 、 y e和z e），六轴串联机器人1的末端安装激光测距传感器2并建立L坐标系（即第五坐标系，三个坐标轴分别为x l 、y l和z l），第一位置敏感器件3和第二位置敏感器件4上分别建立
Figure SMS_7
坐标系（即第一坐标系，三个坐标轴分别为x 1 、y 1和z 1）和/>
Figure SMS_8
坐标系（即第二坐标系，三个坐标轴分别为x 2 、y 2和z 2），/>
Figure SMS_9
坐标系和/>
Figure SMS_10
坐标系之间的变换关系已知，且第一坐标系、第二坐标系、第三坐标系、第四坐标系和第五坐标系均为XYZ三轴直角坐标系。
更具体的，通过正运动学
Figure SMS_11
坐标系与/>
Figure SMS_12
坐标系的齐次变换矩阵为：
Figure SMS_13
（1）
其中，
Figure SMS_14
为六个周的连杆长度，/>
Figure SMS_15
为六个轴的连杆偏置，/>
Figure SMS_16
为六个轴的连杆扭角，/>
Figure SMS_17
为六个轴的转角。
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坐标系与/>
Figure SMS_19
坐标系之间的齐次变换矩阵为/>
Figure SMS_20
，其中
Figure SMS_21
为激光传感器的安装尺寸和倾角的名义值。
考虑D-H参数的误差和激光传感器的安装误差，记为：
Figure SMS_22
（2）
共计28个误差参数，如果不考虑参数误差，
Figure SMS_23
坐标系与/>
Figure SMS_24
坐标系的齐次变换矩阵：
Figure SMS_25
（3）
Figure SMS_26
坐标系与/>
Figure SMS_27
坐标系的齐次变换矩阵为/>
Figure SMS_28
，为已知量。
本发明中，PSD（Position Sensitive Detector，位置敏感器件）是一种二维、高线性度的位置传感器，可以高精度感知投射在其表面上的光斑位置，通过信号处理，输出为该光斑在传感器平面上的直角坐标系位置；激光测距传感器是一种末端发射激光束，可以测量末端与被测物体表面之间距离。
S2：通过变换六轴串联机器人1的姿态，使得激光线打在第一位置敏感器件3的点
Figure SMS_30
上，通过反射打到第二位置敏感器件4的点/>
Figure SMS_32
上，分别记录/>
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和/>
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，/>
Figure SMS_33
是/>
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关于第一位置敏感器件3的OXY平面的对称点，通过计算，可以计算出/>
Figure SMS_36
在/>
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坐标系中的坐标；
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和/>
Figure SMS_42
已知，/>
Figure SMS_44
的长度可以通过激光测距传感器读出来，通过几何计算，可以得到/>
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在/>
Figure SMS_41
坐标系中的实际位置；重复此种方法，取/>
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组位置计算/>
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的值，其中i= 1,···,n；同时记录下/>
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组对应的机器人关节角度值/>
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。
更具体的，
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在/>
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坐标系中的实际位置的计算方法，包括：
图1中，为了确定
Figure SMS_48
，需要先计算/>
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在/>
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坐标系中的坐标值，确定第一位置敏感器件3在/>
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坐标系的OXY平面，/>
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是/>
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关于/>
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坐标系OXY平面的对称点，第一位置敏感器件3的平面方程为：
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（4）
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在/>
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坐标系的坐标值可以通过第二位置敏感器件4读数获得，记为
Figure SMS_58
，则/>
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在/>
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坐标系的坐标值可以通过如下公式计算：
Figure SMS_61
（5）
Figure SMS_62
的坐标值根据对称关系可得为/>
Figure SMS_63
，如此，可以计算出向量
Figure SMS_64
的单位方向向量为：
Figure SMS_65
（6）
根据以下公式，计算
Figure SMS_66
点在/>
Figure SMS_67
坐标系下的坐标值：
Figure SMS_68
（7）
S3：根据机器人标称D-H参数和末端激光测距传感器安装尺寸，通过正运动学，同样计算
Figure SMS_69
组激光测距传感器末端点在/>
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系中的理论位置/>
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的值，其中i=1,···,n；
将S2中记录的
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代入式（3），由/>
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的第四列的前三行，可以得到/>
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组理论位置/>
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在/>
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系中的坐标值，记作/>
Figure SMS_77
。
S4：在
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组对应的/>
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值和/>
Figure SMS_80
值中，两两一组作差，分别求取对应两点的测量距离值/>
Figure SMS_81
和理论距离值/>
Figure SMS_82
，用于构建目标方程；
更具体的，
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组理论位置/>
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和/>
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组实际位置/>
Figure SMS_86
中，两两一组计算理论距离/>
Figure SMS_87
和实际距离/>
Figure SMS_88
，j=1,···,n，i≠j，计算公式为：
Figure SMS_89
（8）
Figure SMS_90
（9）
两两一组计算距离值，对应的共有
Figure SMS_91
组距离值。
对于构造目标方程，理论上，若不存在运动学参数误差，有
Figure SMS_92
，因为参数误差的存在，使得/>
Figure SMS_93
，目标方程的构建原则是寻求一组参数，使得/>
Figure SMS_94
与/>
Figure SMS_95
的误差和最小，则目标方程表达式为：
Figure SMS_96
（10）
S5：使用粒子群算法对目标方程进行辨识。
本实施例中，粒子群算法采用现有方案实现，本领域技术人员可以根据需要进行现有技术的选取以实现目标方程的计算。
实施例2：
本发明实施例2提供了一种基于双位置敏感器件约束的机器人参数标定系统，激光距离传感器位于机器人的机械臂末端，第一坐标系构建于第一位置敏感器件3上，第二位置敏感器件4上构建有第二坐标系，第二坐标系与第一坐标系之间的齐次变换关系固定，包括：
第一位置转换模块，被配置为：在机器人不同姿态下，根据激光距离传感器末端点与第一坐标系和第二坐标系的位置关系，得到各个激光距离传感器末端点位置转换到第一坐标系中的各个第一位置坐标；
第二位置转换模块，被配置为：获取激光距离传感器各个末端点位置转换到第三坐标系中的各个第二位置坐标，其中，第三坐标系构建于机器人本体上；
距离计算模块，被配置为：任意两个第一位置坐标之间计算距离，得到多个第一距离值，任意两个第二位置坐标之间计算距离，得到多个第二距离值；
参数寻优模块，被配置为：以任意两个激光距离传感器末端点位置对应的第二距离值和第一距离值的差值为误差，以所有激光距离传感器末端点位置对应的误差的加和最小为目标，得到最优的机器人参数。
具体的所述系统的工作方法与实施例1提供的基于双位置敏感器件约束的机器人参数标定方法相同，这里不再赘述。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种基于双位置敏感器件约束的机器人参数标定方法，其特征在于，激光距离传感器位于机器人的机械臂末端，第一坐标系构建于第一位置敏感器件上，第二坐标系构建于第二位置敏感器件上，第二坐标系与第一坐标系之间的齐次变换关系固定，包括以下过程：
在机器人不同姿态下，根据激光距离传感器末端点与第一坐标系和第二坐标系的位置关系，得到各个激光距离传感器末端点位置转换到第一坐标系中的各个第一位置坐标；
获取激光距离传感器各个末端点位置转换到第三坐标系中的各个第二位置坐标，其中，第三坐标系构建于机器人本体上；
任意两个第一位置坐标之间计算距离，得到多个第一距离值，任意两个第二位置坐标之间计算距离，得到多个第二距离值；
以任意两个激光距离传感器末端点位置对应的第二距离值和第一距离值的差值为误差，以所有激光距离传感器末端点位置对应的误差的加和最小为目标，得到最优的机器人参数。
2.如权利要求1所述的基于双位置敏感器件约束的机器人参数标定方法，其特征在于，
机器人为六轴串联机器人，机器人参数包括每个轴的连杆长度、连杆偏置、连杆扭角和轴的转角，采用粒子群算法进行目标求解，得到最优的机器人参数。
3.如权利要求1所述的基于双位置敏感器件约束的机器人参数标定方法，其特征在于，
第一坐标系、第二坐标系和第三坐标系均为XYZ直角坐标系。
4.如权利要求3所述的基于双位置敏感器件约束的机器人参数标定方法，其特征在于，
在机器人不同姿态下，根据激光距离传感器末端点与第一坐标系和第二坐标系的位置关系，得到各个激光距离传感器末端点位置转换到第一坐标系中的各个第一位置坐标，包括：
对任意一个激光距离传感器末端点，第一转换过程为：
使得激光线打在第一位置敏感器件的第一位置坐标上，通过反射打到第二位置敏感器件的第三位置坐标上，第四位置坐标为第三位置坐标关于第一坐标系的OXY平面的对称点，进而得到第四位置坐标在第一坐标系中的坐标；
根据第一位置坐标、第四位置坐标在第一坐标系中的坐标以及激光距离传感器末端点到第一位置坐标的距离，得到激光距离传感器末端点在第一坐标系中的实际位置；
依次对各激光距离传感器末端点执行上述第一转换过程，得到激光距离传感器多个末端点位置转换到第一坐标系中的多个第一位置坐标。
5.如权利要求1-4任一项所述的基于双位置敏感器件约束的机器人参数标定方法，其特征在于，
获取激光距离传感器各个末端点位置转换到第三坐标系中的各个第二位置坐标，包括：
对任意一个激光距离传感器末端点，第二转换过程为：
获取到当前机器人姿态下机器人各轴的关节角度值，其中，机器人末端构建有第四坐标系，激光测距传感器上构建有第五坐标系；
根据第四坐标系与第三坐标系之间的齐次变换矩阵以及第四坐标系与第五坐标系之间的齐次变换矩阵，得到第五坐标系与第三坐标系之间的齐次变换矩阵；
根据机器人各轴的关节角度值以及第五坐标系与第三坐标系之间的齐次变换矩阵，得到当前激光距离传感器末端点位置转换到第三坐标系中的各个第二位置坐标；
依次对各激光距离传感器末端点执行上述第二转换过程，得到激光距离传感器多个末端点位置转换到第三坐标系中的各个第二位置坐标。
6.如权利要求5所述的基于双位置敏感器件约束的机器人参数标定方法，其特征在于，
第四坐标系和第五坐标系均为XYZ直角坐标系。
7.如权利要求1-4任一项所述的基于双位置敏感器件约束的机器人参数标定方法，其特征在于，
激光距离传感器多个末端点位置为n个，则对应的第一位置坐标和第二位置坐标均为n个；
任意两个第一位置坐标之间计算距离，得到
Figure QLYQS_1
个第一距离值，任意两个第二位置坐标之间计算距离，得到/>
Figure QLYQS_2
个第二距离值。
8.一种基于双位置敏感器件约束的机器人参数标定系统，其特征在于，激光距离传感器位于机器人的机械臂末端，第一坐标系构建于第一位置敏感器件上，第二坐标系构建于第二位置敏感器件上，第二坐标系与第一坐标系之间的齐次变换关系固定，包括：
第一位置转换模块，被配置为：在机器人不同姿态下，根据激光距离传感器末端点与第一坐标系和第二坐标系的位置关系，得到各个激光距离传感器末端点位置转换到第一坐标系中的各个第一位置坐标；
第二位置转换模块，被配置为：获取激光距离传感器各个末端点位置转换到第三坐标系中的各个第二位置坐标，其中，第三坐标系构建于机器人本体上；
距离计算模块，被配置为：任意两个第一位置坐标之间计算距离，得到多个第一距离值，任意两个第二位置坐标之间计算距离，得到多个第二距离值；
参数寻优模块，被配置为：以任意两个激光距离传感器末端点位置对应的第二距离值和第一距离值的差值为误差，以所有激光距离传感器末端点位置对应的误差的加和最小为目标，得到最优的机器人参数。
9.如权利要求8所述的基于双位置敏感器件约束的机器人参数标定系统，其特征在于，
第一位置转换模块中，在机器人不同姿态下，根据激光距离传感器末端点与第一坐标系和第二坐标系的位置关系，得到各个激光距离传感器末端点位置转换到第一坐标系中的各个第一位置坐标，包括：
对任意一个激光距离传感器末端点，第一转换过程为：
使得激光线打在第一位置敏感器件的第一位置坐标上，通过反射打到第二位置敏感器件的第三位置坐标上，第四位置坐标为第三位置坐标关于第一坐标系的OXY平面的对称点，进而得到第四位置坐标在第一坐标系中的坐标；
根据第一位置坐标、第四位置坐标在第一坐标系中的坐标以及激光距离传感器末端点到第一位置坐标的距离，得到激光距离传感器末端点在第一坐标系中的实际位置；
依次对各激光距离传感器末端点执行上述第一转换过程，得到激光距离传感器多个末端点位置转换到第一坐标系中的多个第一位置坐标。
10.如权利要求8所述的基于双位置敏感器件约束的机器人参数标定系统，其特征在于，
第二位置转换模块中，获取激光距离传感器各个末端点位置转换到第三坐标系中的各个第二位置坐标，包括：
对任意一个激光距离传感器末端点，第二转换过程为：
获取到当前机器人姿态下机器人各轴的关节角度值，其中，机器人末端构建有第四坐标系，激光测距传感器上构建有第五坐标系；
根据第四坐标系与第三坐标系之间的齐次变换矩阵以及第四坐标系与第五坐标系之间的齐次变换矩阵，得到第五坐标系与第三坐标系之间的齐次变换矩阵；
根据机器人各轴的关节角度值以及第五坐标系与第三坐标系之间的齐次变换矩阵，得到当前激光距离传感器末端点位置转换到第三坐标系中的各个第二位置坐标；
依次对各激光距离传感器末端点执行上述第二转换过程，得到激光距离传感器多个末端点位置转换到第三坐标系中的各个第二位置坐标。
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Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102445923A (zh) * 2010-10-09 2012-05-09 无锡南理工科技发展有限公司 一种工业机器人运动学参数快速低成本标定装置及其方法
CN102706277A (zh) * 2012-05-25 2012-10-03 南京理工大学 一种基于全方位点约束的工业机器人在线零位标定装置及方法
CN102825602A (zh) * 2012-08-21 2012-12-19 华北电力大学（保定） 一种基于psd的工业机器人自标定方法及装置
CN104501715A (zh) * 2014-12-05 2015-04-08 中国科学院西安光学精密机械研究所 一种激光对中仪接收系统及方法
JP2017056546A (ja) * 2015-09-14 2017-03-23 ファナック株式会社 ロボットの機構パラメータを校正するために使用される計測装置
CN107152911A (zh) * 2017-06-01 2017-09-12 无锡中车时代智能装备有限公司 基于psd反馈的点激光传感器与机器人相对位置的标定方法
CN109304730A (zh) * 2017-07-28 2019-02-05 华中科技大学 一种基于激光测距仪的机器人运动学参数标定方法
CN110977963A (zh) * 2019-11-14 2020-04-10 天津博诺智创机器人技术有限公司 一种工业机器人标定系统的自适应对准控制方法
CN114260941A (zh) * 2021-12-24 2022-04-01 上海大学 一种基于激光位移计的机械臂参数标定方法
CN115824041A (zh) * 2022-10-20 2023-03-21 中冶赛迪装备有限公司 一种激光器标定方法、装置、设备及介质

Patent Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102445923A (zh) * 2010-10-09 2012-05-09 无锡南理工科技发展有限公司 一种工业机器人运动学参数快速低成本标定装置及其方法
CN102706277A (zh) * 2012-05-25 2012-10-03 南京理工大学 一种基于全方位点约束的工业机器人在线零位标定装置及方法
CN102825602A (zh) * 2012-08-21 2012-12-19 华北电力大学（保定） 一种基于psd的工业机器人自标定方法及装置
CN104501715A (zh) * 2014-12-05 2015-04-08 中国科学院西安光学精密机械研究所 一种激光对中仪接收系统及方法
JP2017056546A (ja) * 2015-09-14 2017-03-23 ファナック株式会社 ロボットの機構パラメータを校正するために使用される計測装置
CN107152911A (zh) * 2017-06-01 2017-09-12 无锡中车时代智能装备有限公司 基于psd反馈的点激光传感器与机器人相对位置的标定方法
CN109304730A (zh) * 2017-07-28 2019-02-05 华中科技大学 一种基于激光测距仪的机器人运动学参数标定方法
CN110977963A (zh) * 2019-11-14 2020-04-10 天津博诺智创机器人技术有限公司 一种工业机器人标定系统的自适应对准控制方法
CN114260941A (zh) * 2021-12-24 2022-04-01 上海大学 一种基于激光位移计的机械臂参数标定方法
CN115824041A (zh) * 2022-10-20 2023-03-21 中冶赛迪装备有限公司 一种激光器标定方法、装置、设备及介质

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