[發明專利]適用于工業機器人的位姿測量及其運動學模型修正的方法

有效

• 申請號: 201911341888.4
• 申請日: 2019-12-24
• 公開（公告）號: CN110978058B
• 公開（公告）日: 2022-10-11
• 發明（設計）人: 孔令豹;余熠
• 申請（專利權）人: 復旦大學
• 主分類號: B25J19/00
• 分類號: B25J19/00;B25J9/16
• 代理公司: 上海正旦專利代理有限公司 31200
• 代理人: 王潔平

本發明公開了一種適用于工業機器人的位姿測量及其運動學模型修正的方法。本發明方法的步驟如下：步驟1、搭建包括三個激光位移傳感器的工業機器人末端位姿測量系統，三個激光位移傳感器的排布滿足：3束激光交于一點，且其中兩個激光位移傳感器的激光相重合并與第三個激光位移傳感器的激光垂直；步驟2、將共心半橢球與半球的裝配體裝配于工業機器人末端，通過工業機器人末端位姿測量系統測量工業機器人末端位姿，建立工業機器人運動學樣本集；步驟3、根據工業機器人運動學樣本集，建立更高精度的工業機器人運動學模型。本發明的方法能降低位姿測量成本，提高測量精度，提升模型修正效果。

技術領域

本發明涉及激光位移傳感器、工業機器人位置及姿態測量、工業機器人運動學建模、循環神經網絡技術領域，特別涉及一種適用于工業機器人的位姿測量及其運動學模型修正的方法。

背景技術

工業機器人具有工作范圍大、自由度多、易于集成等特點，在現代工業制造中具有廣泛的應用。然而，工業機器人的運動學精度較低(主要表現為末端位置及姿態精度較低)，在一些對運動精度要求較高的工業場景中的應用受到限制。另一方面，工業機器人的運動重復性較高，精確測量工業機器人末端實際位置及姿態，并通過算法對工業機器人位姿誤差進行補償，有望顯著提升工業機器人運動學精度。

當前的工業機器人位姿測量方法多為基于三坐標測量儀的接觸式測量方案，測量設備昂貴、測量精度不高；運動學模型修正方法多為根據樣本點對齊次變換矩陣參數進行擬合，函數空間局限于線性空間，不能反映工業機器人弱剛性造成的非線性誤差，修正效果不好。

發明內容

針對現有技術的不足，本發明提出一種適用于工業機器人的位姿測量及其運動學模型修正的方法。本發明采用基于三維笛卡爾坐標系下(橢)球方程求解的工業機器人位姿測量方案和基于循環神經網絡殘差學習的工業機器人運動學模型修正方法，通過非接觸式測量和將運動學模型函數空間擴展至非線性空間，實現了測量過程的高度自動化，并降低了測量成本，提高了測量精度和模型修正效果。

本發明的技術方案具體介紹如下。

本發明提供一種適用于工業機器人的位姿測量及其運動學模型修正的方法，包括以下步驟：

步驟1、搭建工業機器人末端位姿測量系統，所述工業機器人末端位姿測量系統包括三個激光位移傳感器，分別為第一激光位移傳感器、第二激光位移傳感器和第三激光位移傳感器；三個激光位移傳感器的排布滿足：三個激光位移傳感器的激光交于一點，且第一、第二激光位移傳感器的激光相重合并與第三激光位移傳感器的激光垂直；

步驟2、將共心半橢球與半球的裝配體裝配于工業機器人末端，以球和橢球的中心作為位置考察點，以橢球長軸取向作為姿態考察方向，通過工業機器人末端位姿測量系統測量工業機器人末端位姿，建立工業機器人運動學樣本集；

步驟3、根據工業機器人運動學樣本集，進行運動學模型參數修正和運動學殘差學習，建立更高精度的工業機器人運動學模型。

上述步驟1中，三個激光位移傳感器的下方從上往下依次設置二維傾斜臺、豎直升降臺和水平位移臺；通過調節二維傾斜臺、豎直升降臺和水平位移臺，使得三個激光位移傳感器進行排布的方法具體如下：

步驟1-1第一激光位移傳感器的水平位移臺、豎直升降臺平行校準

將第一激光位移傳感器的激光照射到雙面平晶上，調節第一激光位移傳感器的水平位移臺與豎直升降臺，若第一激光位移傳感器的示數不變，則水平位移臺與豎直升降臺的移動方向均與平晶表面平行；

步驟1-2第二激光位移傳感器的水平位移臺、豎直升降臺平行校準

將第二激光位移傳感器的激光照射到雙面平晶上，調節第二激光位移傳感器的水平位移臺與豎直升降臺，若第二激光位移傳感器的示數不變，則水平位移臺與豎直升降臺的移動方向均與平晶表面平行；