[發明專利]工業機器人定位精度標定方法

無效

• 申請號: 201210138078.0
• 申請日: 2012-05-07
• 公開（公告）號: CN102692873A
• 公開（公告）日: 2012-09-26
• 發明（設計）人: 蔡錦達;秦緒祥;劉耀;孫福佳;楊麗紅
• 申請（專利權）人: 上海理工大學
• 主分類號: G05B13/04
• 分類號: G05B13/04
• 代理公司: 上海申匯專利代理有限公司 31001
• 代理人: 吳寶根

技術領域

本發明涉及一種機器人標定方法，特別涉及一種提高工業機器人定位精度的標定方法。

背景技術

工業機器人的運動精度對于它在生產中的應用可靠性起著至關重要的作用。而機器人各關節的幾何參數誤差是造成機器人定位誤差的最主要原因，這主要是由于制造和安裝過程中產生的關節實際幾何參數與理論參數值之間的偏差造成的。通過標定可以將機器人的位姿誤差大幅度降低，進而提高機器人的絕對精度。

標定的結果是一組被識別的機器人參數，這些參數可以作為提供給機器人生產廠家的產品質量檢驗指標，也可以用來給機器人用戶提高機器人的絕對精度。而目前還沒有一種精確的工業機器人的運動精度標定方法。

發明內容

本發明是要提供一種工業機器人定位精度的標定方法，用于提高工業機器人定位精度。

為實現上述目的，本發明的技術方案是：

一種工業機器人定位精度的標定方法，其特征在于：具體步驟是：?

（1）建立機器人的運動學模型

用D-H連接變換齊次坐標模型來建立機器人的運動學模型，把每個變換定義為???????????????????????????????????????????????，在機器人的基座和手之間的總變換為：

????????????????

（2）關節扭轉角參數值的標定

采用圓周法計算出機器人各關節旋轉軸線的方程，設求出的相鄰關節電動機的軸線方程為、，根據空間兩條直線的位置關系方程求得、之間的夾角；設的方向矢量為，的方向矢量為，按下式計算兩直線的夾角：

???????????????????????????

從而確定機器人運動學模型中的關節扭轉角修正參數值；

（3）機器人末端實際位姿的測量

在關節活動范圍內，任意指定n組不同的關節轉角值，操作機器人，每組關節轉角值轉到位時，用激光跟蹤儀測量出對應的機器人的末端執行器的位姿；

（4）關節距離參數值、關節偏移量的標定

通過逆運動學的變形式，利用逆變換矩陣左乘運動學方程兩邊，利用對應元素相等，由等式左右兩邊的元素，依次得出含有待修正參數的方程，通過多次運用三角代換和矩陣乘法、加法運算，求得多個含有待修正參數的方程，組成方程組，方程個數要足以解出待修正參數；

（5）將步驟（3）中指定的關節轉角值及其對應的由激光跟蹤儀測量得到的機器人末端執行器的實際位姿坐標值代入到（4）中所求得的方程組，解此方程租，得到關節距離參數值，關節偏移量的標定修正值。

如上述定位精度未達到要求，可將參數修正值代替理論參數值代入（1）中的運動學模型中，重復進行（1）~（5）的步驟，使標定定位精度更高。

工業機器人定位精度標定方法的運動學轉換是在笛卡爾坐標空間中進行的。

用于計算機器人各關節旋轉軸線方程的圓周法具體方法：保持各關節電動機不動，由跟蹤儀測出機器人末端上的特征點的空間位置；接著，旋轉要測的關節軸，分別施加正向力和逆向力，旋轉后特征點對應的空間位置坐標分別記為;關節軸旋轉方向垂直于三點所決定的空間圓平面，為圓心；則該關節軸的軸線方程為。

本發明的有益效果是：本發明提供的機器人標定方法實用性很強，簡單、高效、快捷，并應用激光跟蹤儀對機器人進行位姿測量，測量精度高。成功地辨識了機器人的幾何結構參數，提高了機器人的絕對定位精度。本發明適用于任何關節型機器人，通用性強。并且能夠提高機器人的綜合性能。易于在線補償且成本低，并且有利于實現機器人的離線編程。

本發明的其他特征和優點將在隨后的說明書中闡述，并且，部分地從說明書中變得顯而易見，或者通過實施本發明而了解。本發明的目的和其他優點可通過實施本發明而了解。本發明的目的和其他優點可通過在所寫的說明書、權利要求書、以及附圖中所特別指出的結構來實現和獲得。

附圖說明

圖1是六軸工業機器人的D-H模型坐標系圖；

圖2是工業機器人的標定流程圖；

圖3是確定關節軸線方程的圓周法示意圖。

具體實施方式

以下結合附圖對本發明的優選實施例進行說明，應當理解，此處所描述的優選實施例僅用于說明和解釋本發明，并不用于限定本發明。

參見附圖1~2，本發明的工業機器人定位精度標定方法，包括以下幾個步驟：

（1）建立機器人的運動學模型

機器人運動學分析通常用Denavit-Hartenberg（D-H）連接變換齊次坐標模型來表示。