一種基于測(cè)量頭的機(jī)器人標(biāo)定方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種基于測(cè)量頭的機(jī)器人標(biāo)定方法，屬于機(jī)器人標(biāo)定的技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 1.隨著工業(yè)技術(shù)的發(fā)展以及勞動(dòng)力成本的大幅度上升，國(guó)內(nèi)工業(yè)機(jī)器人得到了飛 速的發(fā)展和應(yīng)用。一般來說，工業(yè)機(jī)器人的重復(fù)定位精度很高（可達(dá)0.01毫米）而其絕對(duì) 定位精度較低，一般為十幾毫米至幾毫米，這對(duì)機(jī)器人的使用性能造成很大的影響，所以要 對(duì)機(jī)器人進(jìn)行參數(shù)標(biāo)定，辨識(shí)出機(jī)器人的實(shí)際參數(shù)，提高絕對(duì)定位精度。
[0003] 2.機(jī)器人標(biāo)定是建模、測(cè)量、參數(shù)辨識(shí)和誤差補(bǔ)償幾個(gè)步驟的集成過程。首先建立 機(jī)器人誤差辨識(shí)模型，其次通過測(cè)量設(shè)備獲得實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，再將得到的數(shù)據(jù)代入到所建立的 誤差模型中進(jìn)行參數(shù)辨識(shí)，最終將辨識(shí)出的機(jī)器人實(shí)際參數(shù)補(bǔ)償?shù)娇刂破髦幸蕴岣邫C(jī)器人 的絕對(duì)定位精度。但在以往的標(biāo)定過程中，所建立的標(biāo)定模型復(fù)雜，數(shù)據(jù)測(cè)量需要昂貴的測(cè) 量?jī)x器，同時(shí)需要處理測(cè)量坐標(biāo)系與機(jī)器人基坐標(biāo)系之間復(fù)雜的轉(zhuǎn)換運(yùn)算。
[0004] 3.針對(duì)上述技術(shù)情況，本發(fā)明提出一種基于測(cè)量頭的機(jī)器人標(biāo)定方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，本發(fā)明提出一種基于測(cè)量頭的機(jī)器人標(biāo)定方法， 該標(biāo)定方法具有簡(jiǎn)單、實(shí)用、高效的特點(diǎn)，可以有效提高機(jī)器人的絕對(duì)定位精度。
[0006] 發(fā)明的技術(shù)方案是：
[0007] 1. 一種基于測(cè)量頭的機(jī)器人標(biāo)定方法，包括以下步驟：
[0008] A.建立機(jī)器人運(yùn)動(dòng)學(xué)模型；
[0009] B.將測(cè)量頭安裝在機(jī)器人法蘭盤末端；
[0010] C.對(duì)測(cè)量頭進(jìn)行工具參數(shù)標(biāo)定；
[0011] D.將標(biāo)定塊放入機(jī)器人工作空間內(nèi)；
[0012] E.對(duì)標(biāo)定塊進(jìn)行示教并測(cè)量；
[0013] F.機(jī)器人運(yùn)動(dòng)學(xué)參數(shù)標(biāo)定；
[0014] G.實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。
[0015] 2.所述步驟（A)建立機(jī)器人運(yùn)動(dòng)學(xué)模型是通過傳統(tǒng)的D-H建模方法對(duì)機(jī)器人進(jìn)行 建模，將連桿坐標(biāo)系i相對(duì)于連桿坐標(biāo)系i-Ι的齊次變換矩陣設(shè)為A i,則機(jī)器人末端連桿坐 標(biāo)系T和機(jī)器人基礎(chǔ)坐標(biāo)系0的總變換°Ττ為：
[0016] 0Tt= A1A2- · -Ai. . .At
[0017] 3.所述對(duì)測(cè)量頭進(jìn)行工具參數(shù)標(biāo)定是通過對(duì)工作空間內(nèi)已知位置點(diǎn)示教來求解 測(cè)量頭末端與機(jī)器人末端法蘭盤之間的相對(duì)位置關(guān)系矩陣 tTe，轉(zhuǎn)換關(guān)系如下：
[0018] 0Tt · tTe= 0Te
[0019] 其中：°!\為機(jī)器人末端法蘭盤的坐標(biāo)系相對(duì)于機(jī)器人基坐標(biāo)系的變換矩陣，可從 機(jī)器人控制軟件中直接讀取， tTe為測(cè)量頭末端坐標(biāo)系相對(duì)于機(jī)器人法蘭盤坐標(biāo)系的變換矩 陣，矩陣°TE為空間內(nèi)已知位置點(diǎn)相對(duì)于機(jī)器人基坐標(biāo)系的位姿矩陣。
[0020] 4.所述對(duì)機(jī)器人運(yùn)動(dòng)學(xué)參數(shù)標(biāo)定過程中，通過將步驟（E)所測(cè)量得到的位置坐標(biāo) 數(shù)據(jù)代入到標(biāo)定模型，利用最小二乘法求解運(yùn)動(dòng)學(xué)參數(shù)誤差，通過修正運(yùn)動(dòng)學(xué)參數(shù)完成機(jī) 器人標(biāo)定，機(jī)器人參數(shù)誤差標(biāo)定模型如下：
[0021] -N · J (ρ0, Θ i) dp，= N · P (ρ0, Θ i) -R
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種基于測(cè)量頭的機(jī)器人標(biāo)定方法，其特征在于：包括以下步驟： A. 建立機(jī)器人運(yùn)動(dòng)學(xué)模型； B. 將測(cè)量頭安裝在機(jī)器人法蘭盤末端； C. 對(duì)測(cè)量頭進(jìn)行工具參數(shù)標(biāo)定； D. 將標(biāo)定塊放入機(jī)器人工作空間內(nèi)； E. 對(duì)標(biāo)定塊進(jìn)行示教并測(cè)量； F. 機(jī)器人運(yùn)動(dòng)學(xué)參數(shù)標(biāo)定； G. 實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于測(cè)量頭的機(jī)器人標(biāo)定方法，其特征在于：所述步驟 (A)建立機(jī)器人運(yùn)動(dòng)學(xué)模型是通過傳統(tǒng)的D-H建模方法對(duì)機(jī)器人進(jìn)行建模，將連桿坐標(biāo)系i 相對(duì)于連桿坐標(biāo)系i-Ι的齊次變換矩陣設(shè)為Ai,則機(jī)器人末端連桿坐標(biāo)系T和機(jī)器人基礎(chǔ) 坐標(biāo)系O的總變換°Τ τ為： Tj- A 1八2· · · Ai. · · At 〇
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于測(cè)量頭的機(jī)器人標(biāo)定方法，其特征在于：所述步驟 (C)對(duì)測(cè)量頭進(jìn)行工具參數(shù)標(biāo)定是通過對(duì)工作空間內(nèi)已知位置點(diǎn)示教來求解測(cè)量頭末端與 機(jī)器人末端法蘭盤之間的相對(duì)位置關(guān)系矩陣 tTe，轉(zhuǎn)換關(guān)系如下：°Ττ· tTe= °TE 其中：°!\為機(jī)器人末端法蘭盤的坐標(biāo)系相對(duì)于機(jī)器人基坐標(biāo)系的變換矩陣，可從機(jī)器 人控制軟件中直接讀取，tTe為測(cè)量頭末端坐標(biāo)系相對(duì)于機(jī)器人法蘭盤坐標(biāo)系的變換矩陣， 矩陣°T E為空間內(nèi)已知位置點(diǎn)相對(duì)于機(jī)器人基坐標(biāo)系的位姿矩陣。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于測(cè)量頭的機(jī)器人標(biāo)定方法，其特征在于：所述對(duì) 機(jī)器人運(yùn)動(dòng)學(xué)參數(shù)標(biāo)定過程中，通過將步驟（E)所測(cè)量得到的位置坐標(biāo)數(shù)據(jù)代入到標(biāo)定模 型，利用最小二乘法求解運(yùn)動(dòng)學(xué)參數(shù)誤差，通過修正運(yùn)動(dòng)學(xué)參數(shù)完成機(jī)器人標(biāo)定，機(jī)器人參 數(shù)誤差標(biāo)定模型如下：
其中：N為示教平面的單位法向量；J為標(biāo)定雅克比矩陣；dp'為機(jī)器人參數(shù)誤差向量； P為示教測(cè)量得到的機(jī)器人末端位置矩陣；R為測(cè)量頭中心到標(biāo)準(zhǔn)平面的距離向量。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于測(cè)量頭的機(jī)器人標(biāo)定方法，其特征在于：所述步 驟（G)對(duì)標(biāo)定實(shí)驗(yàn)進(jìn)行驗(yàn)證過程中，利用步驟（F)中得到的機(jī)器人誤差參數(shù)來修正機(jī)器人 的理論參數(shù)，同時(shí)控制機(jī)器人對(duì)標(biāo)準(zhǔn)塊平面再次進(jìn)行示教測(cè)量，將所測(cè)的數(shù)據(jù)進(jìn)行平面擬 合，得到擬合平面的平面度，將其與要求的平面度進(jìn)行對(duì)比，是否滿足要求，若是，則停止標(biāo) 定過程，若否，重新繼續(xù)步驟B、C、D、E、F、G，直到滿足精度要求。
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種基于測(cè)量頭的機(jī)器人標(biāo)定方法，具體包括以下步驟：建立機(jī)器人運(yùn)動(dòng)學(xué)模型；將測(cè)量頭安裝在機(jī)器人法蘭盤末端；對(duì)測(cè)量頭進(jìn)行工具參數(shù)標(biāo)定；將標(biāo)定塊放入機(jī)器人工作空間內(nèi)；對(duì)標(biāo)定塊進(jìn)行示教并測(cè)量；機(jī)器人運(yùn)動(dòng)學(xué)參數(shù)標(biāo)定；標(biāo)定實(shí)驗(yàn)結(jié)果驗(yàn)證。本發(fā)明將測(cè)量頭應(yīng)用于機(jī)器人標(biāo)定的技術(shù)領(lǐng)域，該方法具有簡(jiǎn)單、實(shí)用、高效的特點(diǎn)，適用于任何串聯(lián)機(jī)器人，通用型強(qiáng)，同時(shí)提高了機(jī)器人的絕對(duì)定位精度。
【IPC分類】G01B21-00
【公開號(hào)】CN104833324
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510044713
【發(fā)明人】平雪良, 齊飛, 劉潔, 蔣毅
【申請(qǐng)人】江南大學(xué)
【公開日】2015年8月12日
【申請(qǐng)日】2015年1月28日