[發(fā)明專利]一種基于近似度加權(quán)平均插值法的機器人精度補償方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201910730666.5
• 申請日: 2019-08-08
• 公開（公告）號: CN110421566B
• 公開（公告）日: 2020-10-27
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 孫劍萍;湯兆平;湯子悅;陳贊西
• 申請（專利權(quán)）人: 華東交通大學
• 主分類號: B25J9/16
• 分類號: B25J9/16;B25J19/00
• 代理公司: 南昌朗科知識產(chǎn)權(quán)代理事務所(普通合伙) 36134
• 代理人: 郭毅力;郭顯文

1.一種基于近似度加權(quán)平均插值法的機器人精度補償方法，其特征是按如下步驟：

步驟S1、對機器人進行標定與校準；

步驟S2、利用激光跟蹤儀在工作空間中對隨機位姿點進行廣泛采樣，得到樣本點的位姿矢量，并計算出相應的位姿誤差矢量，建立樣本數(shù)據(jù)庫；

步驟S3、引入兩矢量夾角的正弦和矢量之差的比值近似度子指標λ以及兩矢量形成的三角形面積近似度子指標構(gòu)建矢量間近似度指標體系，通過兩個近似度子指標共同判斷矢量的近似度，建立機器人位姿矢量及位姿誤差矢量相似性度量方法；

步驟S4、基于近似度加權(quán)平均插值的補償算法的設(shè)計：(a)各樣本點P_i,i＝1,2,…,m對P點的影響權(quán)值q_i的賦值方法的建立；(b)目標點的位姿誤差的插值計算算法設(shè)計；

步驟S5、確立近似度判別準則及相似相近矢量插值描述的使用條件，包括：(a)兩矢量可相互替換時的近似度的充分條件的設(shè)定；(b)近似度判別準則及相似相近矢量插值描述的使用條件的確定；

步驟S6、基于近似度判別準則及相似相近矢量插值描述的使用條件，判斷矢量相近程度以對樣本數(shù)據(jù)庫中的樣本點進行篩選，選取與目標點的位姿矢量及位姿誤差矢量具有足夠相似度的鄰域樣本點；

步驟S7、根據(jù)相近程度不同，對選取的與目標點具有足夠定位誤差相似度的各樣本點賦予不同的權(quán)重，采用基于近似度加權(quán)平均插值的補償算法，對目標點誤差進行插值計算與預測；

步驟S8、通過求解機器人的運動學逆解，實現(xiàn)機器人在位姿點的絕對定位精度補償。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于近似度加權(quán)平均插值法的機器人精度補償方法，其特征是步驟S3中所述的矢量間近似度指標的構(gòu)建，具體步驟如下：

機器人處于某一位姿時，其在機器人基坐標系下的位姿及位姿誤差均可視為三維矢量；設(shè)任意兩個矢量為p_s和p_t，它們之間的距離、夾角以及兩矢量在空間上形成的三角形面積分別為|p_s-p_t|、和S_Δ，定義矢量間近似度子指標λ及 的數(shù)學表達式如下：

兩個矢量之間越接近，λ及值越大，當近似度子指標λ的值為1和近似度子指標的值為無窮時，兩個矢量最為接近。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于近似度加權(quán)平均插值法的機器人精度補償方法，其特征是步驟S4中所述的基于近似度加權(quán)平均插值的補償算法的設(shè)計，包括以下步驟：

(a)建立各樣本點P_i,i＝1,2,…,m對P點的影響權(quán)值q_i的賦值方法；

設(shè)任意一目標點P(x_P,y_P,z_P)，在其鄰域內(nèi)選取m個與之足夠相近的樣本點P_i(x_i,y_i,z_i),i＝1,2,…,m，它們的位姿矢量為p_i,i＝1,2,…,m、理論位姿矢量與實際位姿矢量之差為i＝1,2,…,m，則目標點P的位姿誤差預測值矢量可基于樣本點的數(shù)據(jù)進行插值求取；

各樣本點P_i,i＝1,2,…,m對P點的影響權(quán)值q_i的大小與目標點位姿矢量相對其鄰域內(nèi)各樣本點位姿矢量的兩個近似度子指標有關(guān)，是兩個近似度子指標的r次方倒數(shù)的加權(quán)和，如下式：

其中，λ_i為待插點P的預測位姿矢量與樣本點P_i的實際位姿矢量夾角的正弦和矢量之差的比值近似度子指標；為待插點P的預測位姿矢量與樣本點P_i的實際位姿矢量形成的三角形面積近似度子指標；ω₁、ω₂為兩近似度子指標在影響權(quán)值q_i運算中的權(quán)重；r為加權(quán)冪指數(shù)，0≤r≤2；q_i為樣本點P_i對P點的影響權(quán)重，0≤q_i≤1，且

(b)目標點的位姿誤差的插值計算算法設(shè)計；

近似度加權(quán)平均空間插值公式設(shè)計如下：

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于近似度加權(quán)平均插值法的機器人精度補償方法，其特征是步驟S5中所述的確立近似度判別準則及相似相近矢量插值描述的使用條件，包括以下步驟：

步驟(a)兩矢量可相互替換時的近似度的充分條件的設(shè)定；

設(shè)[λ]為給定允許兩矢量相互替換時的近似度子指標λ的最小允可值，則有：

同理，為給定允許兩矢量相互替換時的近似度子指標的最小允可值，則有：

上面兩式作為確定兩矢量可相互替換的近似度的充分條件；

步驟(b)確定近似度判別準則及相似相近矢量插值描述的使用條件：

設(shè)p_s與p_t兩矢量之間給定允許的最大誤差的大小為ε，則有

|p_s-p_t|≤ε

取|p_s-p_t|達到最大值ε時進行計算，則有

即

設(shè)給定允許的最大定位誤差的大小為ε，鄰域內(nèi)各樣本點的位姿誤差矢量為i＝1,2,…,m，目標點P的實際位姿誤差矢量為若要誤差小于ε，即

結(jié)合權(quán)重公式，則有

因此若

成立，則即可成立；

矢量間的參數(shù)取值滿足以上公式，則在選定的鄰域內(nèi)各樣本點和目標點之間的位姿矢量及位姿誤差矢量具有較高的近似度。