[發(fā)明專利]一種基于定位工裝的機(jī)器人校準(zhǔn)方法及系統(tǒng)

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202010103375.6
• 申請(qǐng)日: 2020-02-20
• 公開（公告）號(hào): CN111168719B
• 公開（公告）日: 2021-06-22
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李明洋
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 上海節(jié)卡機(jī)器人科技有限公司
• 主分類號(hào): B25J19/00
• 分類號(hào): B25J19/00
• 代理公司: 北京超凡宏宇專利代理事務(wù)所(特殊普通合伙) 11463
• 代理人: 唐正瑜

1.一種基于定位工裝的機(jī)器人校準(zhǔn)方法，其特征在于，所述定位工裝上設(shè)有機(jī)器人安裝座和多個(gè)點(diǎn)位，每個(gè)點(diǎn)位預(yù)設(shè)有相對(duì)于定位工裝上的工裝坐標(biāo)系的位置坐標(biāo)，機(jī)器人安裝于所述定位工裝的機(jī)器人安裝座上，所述方法包括：

獲取機(jī)器人末端依次定位至定位工裝上的K個(gè)不同點(diǎn)位的過(guò)程中，機(jī)器人控制器內(nèi)所記錄的機(jī)器人在每個(gè)點(diǎn)位時(shí)的多個(gè)關(guān)節(jié)角，以及獲取K個(gè)點(diǎn)位中的每個(gè)點(diǎn)位相對(duì)于機(jī)器人基坐標(biāo)系的坐標(biāo)實(shí)際值，所述坐標(biāo)實(shí)際值根據(jù)所述點(diǎn)位的位置坐標(biāo)確定，K為正整數(shù)；

利用K個(gè)點(diǎn)位的坐標(biāo)實(shí)際值、所述多個(gè)關(guān)節(jié)角、坐標(biāo)理論值和理論DH參數(shù)對(duì)目標(biāo)方程組進(jìn)行迭代求解，獲得DH參數(shù)和關(guān)節(jié)零位的誤差值；其中，所述目標(biāo)方程組是預(yù)先根據(jù)機(jī)器人基坐標(biāo)系到機(jī)器人末端的位姿傳遞矩陣建立的；

利用所述誤差值對(duì)機(jī)器人的DH參數(shù)和關(guān)節(jié)零位進(jìn)行修正；

所述獲取K個(gè)點(diǎn)位中的每個(gè)點(diǎn)位相對(duì)于機(jī)器人基坐標(biāo)系的坐標(biāo)實(shí)際值，包括：

獲取K個(gè)點(diǎn)位中的每個(gè)點(diǎn)位相對(duì)于定位工裝上的工裝坐標(biāo)系的位置坐標(biāo)，其中，每個(gè)點(diǎn)位在定位工裝上的位置坐標(biāo)預(yù)先已經(jīng)確定，且該位置坐標(biāo)是基于定位工裝上的工裝坐標(biāo)系確定，所述工裝坐標(biāo)系與機(jī)器人基坐標(biāo)系之間滿足預(yù)設(shè)關(guān)系；

按照工裝坐標(biāo)系與機(jī)器人基坐標(biāo)系間的預(yù)設(shè)關(guān)系，根據(jù)每個(gè)點(diǎn)位的位置坐標(biāo)確定每個(gè)點(diǎn)位相對(duì)于機(jī)器人基坐標(biāo)系的坐標(biāo)實(shí)際值；

所述工裝坐標(biāo)系與機(jī)器人基坐標(biāo)系之間滿足的預(yù)設(shè)關(guān)系為：所述工裝坐標(biāo)系與機(jī)器人基坐標(biāo)系的坐標(biāo)原點(diǎn)重合，且所述工裝坐標(biāo)系上的任一坐標(biāo)軸，相對(duì)于機(jī)器人基坐標(biāo)系上的同一坐標(biāo)軸重合或取反；

在利用K個(gè)點(diǎn)位的坐標(biāo)實(shí)際值、所述多個(gè)關(guān)節(jié)角、坐標(biāo)理論值和理論DH參數(shù)對(duì)目標(biāo)方程組進(jìn)行迭代求解之前，所述方法還包括：

計(jì)算機(jī)器人基坐標(biāo)系到機(jī)器人末端的位姿傳遞矩陣，并對(duì)所述位姿傳遞矩陣中的每個(gè)未知量進(jìn)行偏微分計(jì)算，獲得誤差傳遞矩陣；

根據(jù)所述誤差傳遞矩陣建立所述目標(biāo)方程組；

所述目標(biāo)方程組為：

X＝A^-1·(M-N)＝A^-1·D；

其中，X表示由所述誤差傳遞矩陣中所有未知量的誤差值組成的列向量，A_j表示將第j個(gè)點(diǎn)位的理論DH參數(shù)和多個(gè)關(guān)節(jié)角代入所述誤差傳遞矩陣后獲得的矩陣，j取1至K的整數(shù)；D表示由K個(gè)點(diǎn)位的位置誤差所形成的誤差矩陣，M表示由K個(gè)點(diǎn)位的坐標(biāo)實(shí)際值所形成的矩陣，N表示由K個(gè)點(diǎn)位的坐標(biāo)理論值所形成的矩陣，誤差矩陣D中的每個(gè)值表示對(duì)應(yīng)點(diǎn)位的坐標(biāo)實(shí)際值與坐標(biāo)理論值的差值。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述計(jì)算機(jī)器人基坐標(biāo)系到機(jī)器人末端的位姿傳遞矩陣，包括：

通過(guò)如下公式計(jì)算機(jī)器人基坐標(biāo)系到機(jī)器人末端的位姿傳遞矩陣

其中，表示關(guān)節(jié)i-1到關(guān)節(jié)i的位姿傳遞矩陣，表示機(jī)器人第g關(guān)節(jié)末端到工具末端的位姿傳遞矩陣，g為機(jī)器人的關(guān)節(jié)數(shù)目；和具有如下關(guān)系：

其中，a_i表示關(guān)節(jié)i-1到關(guān)節(jié)i的連桿長(zhǎng)度，α_i表示關(guān)節(jié)i-1與關(guān)節(jié)i的連桿扭角，d_i表示關(guān)節(jié)i-1到關(guān)節(jié)i的連桿偏距，θ_i表示關(guān)節(jié)i-1到關(guān)節(jié)i的關(guān)節(jié)角；l、m和n表示機(jī)器人末端在機(jī)器人第g軸坐標(biāo)系下的坐標(biāo)值，在機(jī)器人末端未帶有工具的情況下，l、m和n均取0；i取1至g的整數(shù)，關(guān)節(jié)0表示機(jī)器人的基座。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，所述利用K個(gè)點(diǎn)位的坐標(biāo)實(shí)際值、所述多個(gè)關(guān)節(jié)角、坐標(biāo)理論值和理論DH參數(shù)對(duì)目標(biāo)方程組進(jìn)行迭代求解，獲得DH參數(shù)和關(guān)節(jié)零位的誤差值，包括：

執(zhí)行以下迭代過(guò)程，直到列向量X中的誤差值的最大值小于預(yù)設(shè)閾值時(shí)，獲得所述DH參數(shù)和關(guān)節(jié)零位的誤差值：

在第一輪迭代時(shí)，將K個(gè)點(diǎn)位的所述坐標(biāo)實(shí)際值、所述多個(gè)關(guān)節(jié)角、坐標(biāo)理論值和理論DH參數(shù)代入到目標(biāo)方程組中求解，獲得第一輪迭代的DH參數(shù)和關(guān)節(jié)零位的誤差值；其中，所述多個(gè)關(guān)節(jié)角和所述理論DH參數(shù)作為初始的理論值；

在第一輪之后的第t輪迭代時(shí)，將上一輪迭代獲得的DH參數(shù)和關(guān)節(jié)零位的誤差值與上一輪的理論值相加，作為本輪迭代的理論值，并將本輪迭代的理論值代入到目標(biāo)方程組中求解，獲得第t輪迭代的DH參數(shù)和關(guān)節(jié)零位的誤差值。