[發(fā)明專利]基于激光跟蹤儀測量機(jī)械臂運(yùn)動(dòng)學(xué)參數(shù)標(biāo)定方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201910566186.X
• 申請日: 2019-06-27
• 公開（公告）號: CN110281241A
• 公開（公告）日: 2019-09-27
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 馬建偉;閆惠騰;高松;賈振元;王嘉丞;司立坤
• 申請（專利權(quán)）人: 大連理工大學(xué)
• 主分類號: B25J9/16
• 分類號: B25J9/16
• 代理公司: 大連理工大學(xué)專利中心 21200
• 代理人: 關(guān)慧貞

本發(fā)明基于激光跟蹤儀測量機(jī)械臂運(yùn)動(dòng)學(xué)參數(shù)標(biāo)定方法屬于工業(yè)機(jī)械臂運(yùn)動(dòng)學(xué)領(lǐng)域，涉及一種基于激光跟蹤儀測量機(jī)械臂運(yùn)動(dòng)學(xué)參數(shù)標(biāo)定方法。該方法基于機(jī)械臂關(guān)節(jié)構(gòu)型，采用改進(jìn)型DH參數(shù)法建立機(jī)械臂運(yùn)動(dòng)學(xué)模型。利用運(yùn)動(dòng)學(xué)建模結(jié)果，構(gòu)建機(jī)械臂運(yùn)動(dòng)學(xué)參數(shù)誤差標(biāo)定模型。慮及機(jī)械臂三維空間工作范圍，采用激光跟蹤儀測量機(jī)械臂末端N個(gè)絕對位置坐標(biāo)。基于運(yùn)動(dòng)學(xué)參數(shù)誤差標(biāo)定模型，經(jīng)過多次迭代，求解機(jī)械臂運(yùn)動(dòng)學(xué)參數(shù)誤差，將修正后運(yùn)動(dòng)學(xué)參數(shù)輸入機(jī)械臂控制器，實(shí)現(xiàn)對機(jī)械臂的離線標(biāo)定。機(jī)械臂末端位置測量方法魯棒性高、速度快、過程自動(dòng)化程度高，采用的誤差求解方法速度快、精度高、過程簡便，實(shí)現(xiàn)了關(guān)節(jié)型機(jī)械臂運(yùn)動(dòng)學(xué)參數(shù)的高精快速標(biāo)定。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于工業(yè)機(jī)械臂運(yùn)動(dòng)學(xué)領(lǐng)域，涉及一種基于激光跟蹤儀測量機(jī)械臂運(yùn)動(dòng)學(xué)參數(shù)標(biāo)定方法。

背景技術(shù)

多自由度工業(yè)機(jī)械臂以其柔性高、可操控性強(qiáng)、空間可達(dá)范圍廣等優(yōu)勢，被廣泛應(yīng)用于航空航天、醫(yī)學(xué)、工業(yè)生產(chǎn)等眾多領(lǐng)域。工業(yè)機(jī)械臂的性能(例如運(yùn)動(dòng)精度、定位精度等)直接影響其在精密加工領(lǐng)域的應(yīng)用。其中，末端絕對定位精度是評價(jià)工業(yè)機(jī)械臂性能的重要指標(biāo)之一，經(jīng)過國內(nèi)外學(xué)者的深入研究，工業(yè)機(jī)械臂末端重復(fù)定位精度已得到大幅提高。但由于機(jī)械臂制造、裝配等環(huán)節(jié)的累積誤差及環(huán)境擾動(dòng)等因素的影響，機(jī)械臂控制器中理論運(yùn)動(dòng)學(xué)模型與實(shí)際運(yùn)動(dòng)模型存在差異，致使機(jī)械臂絕對定位精度不高。然而，工業(yè)機(jī)械臂末端高精度絕對定位是實(shí)現(xiàn)國家重大核心裝備關(guān)鍵零部件高精加工的重要前提和必備條件。

目前，工業(yè)機(jī)械臂運(yùn)動(dòng)學(xué)建模方法大都采用Denavit-Hartenberg參數(shù)法(簡稱D-H參數(shù)法)，其核心思想是為機(jī)械臂關(guān)節(jié)鏈中的每一個(gè)桿件建立坐標(biāo)系矩陣，描述相鄰連桿間坐標(biāo)方向和運(yùn)動(dòng)學(xué)參數(shù)。由國內(nèi)外相關(guān)文獻(xiàn)可知，工業(yè)機(jī)械臂連桿運(yùn)動(dòng)學(xué)參數(shù)誤差所引起的末端執(zhí)行器定位誤差，約占總誤差的80％。因此，基于先進(jìn)測量手段及合適的參數(shù)識別方法來準(zhǔn)確辨識機(jī)械臂模型運(yùn)動(dòng)學(xué)參數(shù)是提高機(jī)械臂末端絕對定位精度的重要途徑。該方法為實(shí)現(xiàn)工業(yè)機(jī)械臂在重大核心裝備關(guān)鍵零部件高精加工領(lǐng)域中的應(yīng)用具有重要意義。

傳統(tǒng)機(jī)械臂運(yùn)動(dòng)學(xué)參數(shù)標(biāo)定方法大多存在效率低或適用性差的問題。例如，賈慶軒與朱寧寧公開的“機(jī)械臂運(yùn)動(dòng)學(xué)參數(shù)分離辨識方法”，專利號CN102314690A，需要同時(shí)對機(jī)械臂末端位置和姿態(tài)進(jìn)行準(zhǔn)確測量，導(dǎo)致該方法實(shí)施困難且測量效率低；劉金國與暢晨光公開的“一種機(jī)械臂誤差分析方法”，專利號CN107038275A，采用指數(shù)積法建立機(jī)械臂運(yùn)動(dòng)學(xué)模型，在機(jī)械臂控制器多采用DH模型控制的條件下，此方法不適用于現(xiàn)有機(jī)械臂的控制。此外，采用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、專家系統(tǒng)、模糊邏輯及遺傳算法等運(yùn)動(dòng)學(xué)參數(shù)辨識智能算法，具有運(yùn)行程序復(fù)雜、耗時(shí)長、穩(wěn)定性差等缺點(diǎn)，難以滿足機(jī)械臂高效高精度控制。基于專用標(biāo)定裝置的機(jī)械臂運(yùn)動(dòng)學(xué)參數(shù)自標(biāo)定法，存在通用性差、制造誤差累積等問題。因此，傳統(tǒng)運(yùn)動(dòng)學(xué)參數(shù)標(biāo)定方法無法滿足工業(yè)機(jī)械臂在航空航天、軍事、工業(yè)等領(lǐng)域中核心零部件高精加工的需要。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有工業(yè)機(jī)械臂運(yùn)動(dòng)學(xué)參數(shù)標(biāo)定方法末端姿態(tài)測量困難、空間適應(yīng)性差且未考慮因測量坐標(biāo)系偏離而引入的誤差等缺陷與不足。發(fā)明一種基于激光跟蹤儀測量的機(jī)械臂運(yùn)動(dòng)學(xué)參數(shù)標(biāo)定方法，通過構(gòu)建關(guān)節(jié)型六自由度機(jī)械臂的運(yùn)動(dòng)學(xué)參數(shù)誤差模型，求解機(jī)械臂實(shí)際運(yùn)動(dòng)學(xué)參數(shù)。該方法基于機(jī)械臂關(guān)節(jié)構(gòu)型，采用改進(jìn)型DH參數(shù)法(MDH)建立機(jī)械臂運(yùn)動(dòng)學(xué)模型，進(jìn)而利用運(yùn)動(dòng)學(xué)建模結(jié)果，構(gòu)建機(jī)械臂運(yùn)動(dòng)學(xué)參數(shù)誤差標(biāo)定模型；慮及機(jī)械臂三維空間工作范圍，采用激光跟蹤儀測量機(jī)械臂末端N個(gè)絕對位置坐標(biāo)；基于運(yùn)動(dòng)學(xué)參數(shù)誤差標(biāo)定模型，經(jīng)過多次迭代，求解機(jī)械臂運(yùn)動(dòng)學(xué)參數(shù)誤差，將修正后運(yùn)動(dòng)學(xué)參數(shù)輸入機(jī)械臂控制器，實(shí)現(xiàn)對機(jī)械臂的離線標(biāo)定。該方法具有求解速度快、魯棒性高、易于實(shí)現(xiàn)等優(yōu)點(diǎn)。