[發(fā)明專利]基于氣浮系統(tǒng)的空間機(jī)械臂六維位姿精度測(cè)試方法

無(wú)效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201010183146.6
• 申請(qǐng)日: 2010-05-26
• 公開（公告）號(hào): CN101865655A
• 公開（公告）日: 2010-10-20
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 劉宇;倪風(fēng)雷;劉宏;徐文福
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 哈爾濱工業(yè)大學(xué)
• 主分類號(hào): G01B11/00
• 分類號(hào): G01B11/00
• 代理公司: 哈爾濱市松花江專利商標(biāo)事務(wù)所 23109
• 代理人: 楊立超

1.一種基于氣浮系統(tǒng)的空間機(jī)械臂六維位姿精度測(cè)試方法，所述測(cè)試方法中的被測(cè)空間機(jī)械臂由第一關(guān)節(jié)(1)、第二關(guān)節(jié)(2)、第一臂桿(7)、第三關(guān)節(jié)(3)、第四關(guān)節(jié)(4)、第二臂桿(8)、第五關(guān)節(jié)(5)和第六關(guān)節(jié)(6)依次連接構(gòu)成；其特征在于：所述測(cè)試方法是基于包括氣浮平臺(tái)(11)、氣足(12)、托輪(13)、機(jī)械手支撐架(14)和配平重物(15)的氣浮系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)的；

所述測(cè)試方法的具體過(guò)程為：

步驟A、將所述空間機(jī)械臂展形并安裝在所述氣浮系統(tǒng)上以模擬微重力環(huán)境，并安裝6D激光跟蹤儀中的6D傳感器：

步驟A1、解除空間機(jī)械臂的基座法蘭部分的約束，將解除約束的空間機(jī)械臂置于氣浮平臺(tái)(11)的上端面上；

步驟A2、將機(jī)械手支撐架(14)設(shè)置在第二臂桿(8)的上方，第二臂桿(8)通過(guò)機(jī)械手支撐架(14)吊裝固定；

步驟A3、用氣足(12)對(duì)第一關(guān)節(jié)(1)進(jìn)行支撐，氣足(12)設(shè)置在第一關(guān)節(jié)(1)和氣浮平臺(tái)(11)之間，并在氣足(12)的上部裝有托輪(13)，利用托輪(13)實(shí)現(xiàn)關(guān)節(jié)(1)相對(duì)于氣足(12)的旋轉(zhuǎn)；

步驟A4、在第一臂桿(7)的上方設(shè)置配平重物(15)，以抵消第一臂桿(7)偏置對(duì)第三關(guān)節(jié)(3)的附加力矩；

步驟A5、在所述機(jī)械臂的安裝法蘭部位、第三關(guān)節(jié)(3)和第四關(guān)節(jié)(4)的連接部位以及所述機(jī)械臂末端分別設(shè)置第一靶標(biāo)A、第二靶標(biāo)B和第三靶標(biāo)C，將6D激光跟蹤儀中的6D傳感器分別放置在第一靶標(biāo)A、第二靶標(biāo)B和第三靶標(biāo)C處，以實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)械臂安裝坐標(biāo)系M、測(cè)量?jī)x坐標(biāo)系P以及末端工具坐標(biāo)系E的測(cè)量；

步驟B、對(duì)完成步驟A的空間機(jī)械臂進(jìn)行測(cè)試，具體過(guò)程為：

步驟B1、測(cè)算第二靶標(biāo)B相對(duì)于機(jī)械臂安裝法蘭上的第一靶標(biāo)A的變換矩陣：將空間機(jī)械臂的第四關(guān)節(jié)(4)、第五關(guān)節(jié)(5)和第六關(guān)節(jié)(6)用抱閘鎖緊；控制第一關(guān)節(jié)(1)、第二關(guān)節(jié)(2)和第三關(guān)節(jié)(3)運(yùn)動(dòng)，所述三個(gè)關(guān)節(jié)相對(duì)于初始構(gòu)型的運(yùn)動(dòng)角度根據(jù)所要測(cè)量的末端位姿來(lái)確定；具體測(cè)量步驟如下：

步驟B11、將第一關(guān)節(jié)(1)、第二關(guān)節(jié)(2)和第三關(guān)節(jié)(3)預(yù)置到所規(guī)定的初始關(guān)節(jié)角；

步驟B12、控制第一關(guān)節(jié)(1)、第二關(guān)節(jié)(2)和第三關(guān)節(jié)(3)運(yùn)動(dòng)到測(cè)量位置所給定的角度；

步驟B13、用6D激光跟蹤儀測(cè)量第一靶標(biāo)A相對(duì)測(cè)量?jī)x坐標(biāo)系P的變換矩陣

步驟B14、用6D激光跟蹤儀測(cè)量第二靶標(biāo)B相對(duì)測(cè)量?jī)x坐標(biāo)系P的變換矩陣

步驟B15、根據(jù)步驟B13和步驟B14的測(cè)量結(jié)果及矩陣的轉(zhuǎn)換關(guān)系，得到第二靶標(biāo)B相對(duì)第一靶標(biāo)A的變換矩陣

步驟B16、控制第一關(guān)節(jié)(1)、第二關(guān)節(jié)(2)和第三關(guān)節(jié)(3)回到初始構(gòu)型；

步驟B17、重復(fù)步驟B12～步驟B16，共N次，記錄每次的測(cè)試數(shù)據(jù)

步驟B2、測(cè)算機(jī)械臂末端第三靶標(biāo)C相對(duì)于第二靶標(biāo)B的變換矩陣，將第一關(guān)節(jié)(1)、第二關(guān)節(jié)(2)和第三關(guān)節(jié)(3)回到初始構(gòu)型后，調(diào)節(jié)配平重物(15)以抵消第一臂桿1偏置帶來(lái)對(duì)第四關(guān)節(jié)(4)軸向的附加力矩；鎖緊第一關(guān)節(jié)(1)、第二關(guān)節(jié)(2)和第三關(guān)節(jié)(3)；控制第四關(guān)節(jié)(4)、第五關(guān)節(jié)(5)和第六關(guān)節(jié)(6)運(yùn)動(dòng)，所述三個(gè)關(guān)節(jié)的運(yùn)動(dòng)角度根據(jù)所要測(cè)量的末端位姿來(lái)確定；具體測(cè)量步驟如下：

步驟B21、將第四關(guān)節(jié)(4)、第五關(guān)節(jié)(5)和第六關(guān)節(jié)(6)預(yù)置到所規(guī)定的初始關(guān)節(jié)角；

步驟B22、控制第四關(guān)節(jié)(4)、第五關(guān)節(jié)(5)和第六關(guān)節(jié)(6)運(yùn)動(dòng)到測(cè)量位置所給定的角度；

步驟B23、用6D激光跟蹤儀測(cè)量第三靶標(biāo)C相對(duì)測(cè)量坐標(biāo)系P的變換矩陣

步驟B24、用6D激光跟蹤儀測(cè)量第二靶標(biāo)B相對(duì)測(cè)量坐標(biāo)系P的變換矩陣

步驟B25、根據(jù)步驟B23和步驟B24的測(cè)量結(jié)果及矩陣的轉(zhuǎn)換關(guān)系，得到第三靶標(biāo)C相對(duì)第二靶標(biāo)B的變換矩陣

步驟B26、控制第四關(guān)節(jié)(4)、第五關(guān)節(jié)(5)和第六關(guān)節(jié)(6)回到初始構(gòu)型；

步驟B27、重復(fù)步驟B22～步驟B26，共N次，記錄每次的測(cè)試數(shù)據(jù)

步驟C、對(duì)步驟B中得到的測(cè)試數(shù)據(jù)進(jìn)行處理：

步驟C1、根據(jù)第一靶標(biāo)A、第二靶標(biāo)B和第三靶標(biāo)C的位姿測(cè)量信息得到第三靶標(biāo)C與第一靶標(biāo)A之間的坐標(biāo)變換矩陣為：

TCA=TBA·TCB---(1)]]>

步驟C2、對(duì)每一個(gè)被測(cè)構(gòu)型，在第一步測(cè)試和第二部測(cè)試均進(jìn)行了N次測(cè)量，經(jīng)組合后可以得到N²個(gè)測(cè)量數(shù)據(jù)；對(duì)于第k個(gè)被測(cè)構(gòu)型，k＝1，2，3，......D，D為被測(cè)構(gòu)型的數(shù)量，第三靶標(biāo)C相對(duì)于第一靶標(biāo)A的變換矩陣由以下公式給出：

TkijCA=TkiBA·TkjCB,(i,j=1,2,···,N)---(2)]]>

其中i，j分別表示在步驟B1和步驟B2測(cè)量時(shí)的序號(hào)；

式中：

TkiBA=TkiPA·TkiB1P=(TkiAP)-1·TkiB1P]]>

TkJCB=TkjPB2·TkjCP=(TkjB2P)-1·TkjCP]]>

步驟C3、根據(jù)第一靶標(biāo)A在機(jī)械臂安裝坐標(biāo)系M下的轉(zhuǎn)換矩陣第三靶標(biāo)C在工具坐標(biāo)系E下的轉(zhuǎn)換矩陣最終得到末端工具坐標(biāo)系E在機(jī)械臂安裝坐標(biāo)系M下的坐標(biāo)變換矩陣為

TkijEM=TAM·TkijCA·TEC---(3)]]>

步驟C4、根據(jù)可以獲得末端工具坐標(biāo)系E相對(duì)于機(jī)械臂安裝坐標(biāo)系M的姿態(tài)矩陣以及所測(cè)末點(diǎn)在M坐標(biāo)系下的坐標(biāo)

步驟D、六維位姿精度計(jì)算：

結(jié)合所測(cè)末端構(gòu)型在安裝坐標(biāo)系下的期望位置(x_k，y_k，z_k)和姿態(tài)矩陣A_k，可以得到末端工具坐標(biāo)系的絕對(duì)位姿精度。