[發(fā)明專利]一種基于視覺測量的機械臂自主標定方法

有效

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• 申請日: 2020-07-28
• 公開（公告）號: CN112025772B
• 公開（公告）日: 2021-11-23
• 發(fā)明（設計）人: 祁若龍;張珂;邵健鐸;毛新元;邢運隆
• 申請（專利權）人: 沈陽建筑大學
• 主分類號: B25J19/04
• 分類號: B25J19/04;B25J9/16
• 代理公司: 北京君泊知識產(chǎn)權代理有限公司 11496
• 代理人: 李丹

本發(fā)明公開了一種基于視覺測量的機械臂自主標定方法，包括以下步驟：步驟一：構建非穩(wěn)態(tài)多傳感器機械臂視覺系統(tǒng)；步驟二：根據(jù)高斯運動方法建立標定模型；步驟三：根據(jù)擴展卡爾曼濾波測量多標識點；步驟四：根據(jù)線性二次型調(diào)節(jié)器修正運動軌跡；步驟五：基于蒙特卡羅方法篩選最優(yōu)測量點；步驟六：采用DH增廣模型逼近模型參數(shù)。本發(fā)明中，通過EKF算法濾波過程、LQR方法修正過程和基于誤差分布的標定數(shù)據(jù)擇優(yōu)篩選過程，可以在機械臂運動誤差和測量誤差同時存在的情況下獲得最優(yōu)的標定精度；并且本發(fā)明成本低、效率高，且較為便捷，可以廣泛應用于機械臂類設備長期、頻繁的標定維護中。

技術領域

本發(fā)明涉及一種基于視覺測量的機械臂自主標定方法。

背景技術

機器人定位精度的標定問題一直是業(yè)界關注焦點，現(xiàn)有研究表明90％的定位誤差來源于機構的幾何模型誤差。機器人機械結構受系統(tǒng)振動、過載、碰撞和磨損影響，定位誤差會不斷增大。應用激光跟蹤器等精密測量工具和離線標定算法，可以提高機械臂的定位精度。然而在航空航天、核工業(yè)、深海等特殊環(huán)境下，無人操控自主機械臂定位精度的提高仍是尚在困擾業(yè)界的技術難題，主要出于兩方面原因。首先，待標定機械臂的運動勢必存在一定誤差，為了保證自主機械臂在標定運動中的安全性，需要使機械臂最大程度地跟蹤預定義軌跡。其次，視覺系統(tǒng)常用于自主標定方法，但其測量誤差極大地限制了標定精度，如何提高測量精度，選擇最優(yōu)測量點成為標定的關鍵。視覺系統(tǒng)相當于機器人的“眼睛”，機械臂末端相當于機器人的“手”,通過手眼之間的配合完成設置的動作任務。機器人運動學參數(shù)的標定大多基于DH方法，因為這種方法需要的參數(shù)最少，但奇異點問題是其主要缺點。

現(xiàn)有技術中，標定過程一般需要用到激光跟蹤儀等外部高精度傳感器,事實上，標定精度還會受到視覺相機像素和誤差水平的影響。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種基于視覺測量的機械臂自主標定方法，解決了現(xiàn)有技術中待標定機械臂的運動存在一定溫差的問題。

為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用了如下技術方案：

一種基于視覺測量的機械臂自主標定方法，包括以下步驟：

步驟一：構建非穩(wěn)態(tài)多傳感器機械臂視覺系統(tǒng)；

步驟二：根據(jù)高斯運動方法建立標定模型；

步驟三：根據(jù)擴展卡爾曼濾波測量多標識點；

步驟四：根據(jù)線性二次型調(diào)節(jié)器修正運動軌跡；

步驟五：基于蒙特卡羅方法篩選最優(yōu)測量點；

步驟六：采用DH增廣模型逼近模型參數(shù)。

作為上述技術方案的進一步描述：

步驟一包括如下步驟：

1)以中國空間站生命科學手套箱機械臂為研究平臺，建立改進DH模型，在DH表中添加一組角度，即連桿繞y軸旋轉的誤差角；

2)機械臂末端的測量系統(tǒng)基于三個空間位置已知的二維碼標識和一個相機模組，機械臂可以使用該相機自動識別二維碼標識以形成一種多源信息反饋，將機械臂的基坐標{C_b}設為整個系統(tǒng)的基坐標，基坐標系下三個二維代碼標識的位姿為(i＝1,2,3)已通過離線測量確定，當標識點處于攝像機視野中時，終點的實際位置

是相機測量坐標系下實時獲得的標識點位置；當相機同時檢測到視場內(nèi)多個標識點，得到具有一定誤差范圍的多個測量值；視覺系統(tǒng)的測量是非穩(wěn)態(tài)的，呈現(xiàn)出時變的、有界的誤差特性。

作為上述技術方案的進一步描述：

步驟二包括如下步驟：