[發(fā)明專(zhuān)利]基于滑輪運(yùn)動(dòng)學(xué)的索并聯(lián)機(jī)器人運(yùn)動(dòng)學(xué)標(biāo)定方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202011119308.X
• 申請(qǐng)日: 2020-10-19
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN112518738B
• 公開(kāi)（公告）日: 2022-04-26
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張兆坤;邵珠峰;王立平;郄金波;宋袁增;謝光強(qiáng);段金昊;彭發(fā)忠
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 清華大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): B25J9/16
• 分類(lèi)號(hào): B25J9/16
• 代理公司: 北京清亦華知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 11201
• 代理人: 張大威

1.一種基于滑輪運(yùn)動(dòng)學(xué)的索并聯(lián)機(jī)器人運(yùn)動(dòng)學(xué)標(biāo)定方法，其特征在于，包括以下步驟：

S1：根據(jù)預(yù)設(shè)的索并聯(lián)機(jī)器人構(gòu)型，建立包含滑輪運(yùn)動(dòng)學(xué)的索并聯(lián)機(jī)器人完整逆運(yùn)動(dòng)學(xué)模型；

S2：分析所述索并聯(lián)機(jī)器人待標(biāo)定的誤差項(xiàng)，并確定所采用的測(cè)量方法，以及確定標(biāo)定中的已知參數(shù)、測(cè)量參數(shù)和待辨識(shí)的未知參數(shù)；

S3：根據(jù)索并聯(lián)機(jī)器人待辨識(shí)幾何運(yùn)動(dòng)學(xué)參數(shù)誤差和測(cè)量參數(shù)誤差的映射關(guān)系建立索并聯(lián)機(jī)器人誤差模型；

S4：利用繩索長(zhǎng)度殘差函數(shù)建立辨識(shí)方程式，獲得用于未知參數(shù)求解的非線性最小二乘化目標(biāo)函數(shù)；

S5：將辨識(shí)方程目標(biāo)函數(shù)對(duì)已知參數(shù)和未知參數(shù)分別求導(dǎo)數(shù)，獲得所述已知參數(shù)和所述未知參數(shù)的微分映射關(guān)系式，獲得系統(tǒng)辨識(shí)矩陣；

S6：根據(jù)所述辨識(shí)矩陣條件數(shù)指標(biāo)結(jié)合交換點(diǎn)法進(jìn)行標(biāo)定測(cè)量位姿優(yōu)選，獲得用于標(biāo)定的測(cè)量位姿集合，其中，測(cè)量位姿數(shù)目應(yīng)至少滿足非線性最小二乘化目標(biāo)函數(shù)求解需求；

S7：控制機(jī)器人終端動(dòng)平臺(tái)依次運(yùn)動(dòng)到各測(cè)量位姿處，待停穩(wěn)后使用相應(yīng)儀器或傳感器對(duì)測(cè)量變量進(jìn)行測(cè)量，同時(shí)記錄電機(jī)編碼器數(shù)據(jù)，利用電機(jī)編碼器數(shù)據(jù)計(jì)算繩索伸長(zhǎng)量；

S8：將所述步驟S7中測(cè)得的數(shù)據(jù)代入所述非線性最小二乘化目標(biāo)函數(shù)中，利用優(yōu)化算法進(jìn)行求解，求解出機(jī)器人未知幾何參數(shù)或幾何參數(shù)誤差值；

S9：利用所述步驟S8獲得的解算結(jié)果對(duì)機(jī)器人幾何運(yùn)動(dòng)學(xué)參數(shù)進(jìn)行更新，并同時(shí)更新控制器中用于控制機(jī)器人運(yùn)動(dòng)的運(yùn)動(dòng)學(xué)模型；

S10：判定是否滿足精度要求，若滿足精度要求則標(biāo)定完成，否則重復(fù)執(zhí)行步驟S7-S9，并進(jìn)行下一輪標(biāo)定迭代。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于滑輪運(yùn)動(dòng)學(xué)的索并聯(lián)機(jī)器人運(yùn)動(dòng)學(xué)標(biāo)定方法，其特征在于，

逆運(yùn)動(dòng)學(xué)模型需獲得繩索長(zhǎng)度與終端動(dòng)平臺(tái)位姿的關(guān)系，其中，繩索長(zhǎng)度包括繩索從進(jìn)入滑輪的第一切點(diǎn)到離開(kāi)滑輪的第二切點(diǎn)處的曲線段長(zhǎng)度和繩索從所述第二切點(diǎn)至動(dòng)平臺(tái)索連接點(diǎn)的直線段長(zhǎng)度，首先根據(jù)動(dòng)平臺(tái)位姿計(jì)算出各出索點(diǎn)處滑輪機(jī)構(gòu)的方位角，然后計(jì)算出第二切點(diǎn)的位置，據(jù)此獲得繩索在滑輪上的包角，以計(jì)算曲線段長(zhǎng)度和直線段長(zhǎng)度，計(jì)算方法分別為：

L_r＝l_c+rβ，

L_s＝||c_i-b_i||，

其中，L_r為曲線段長(zhǎng)度，L_s為直線段長(zhǎng)度，l_c為不變段，可為零，β為繩索在最后一個(gè)出索滑輪處的包角，r為繩索包裹段圓弧半徑，c_i為切點(diǎn)C的位置向量，b_i為索連接點(diǎn)B的位置向量。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于滑輪運(yùn)動(dòng)學(xué)的索并聯(lián)機(jī)器人運(yùn)動(dòng)學(xué)標(biāo)定方法，其特征在于，所述誤差項(xiàng)包括繩索初始長(zhǎng)度誤差δL₀，滑輪機(jī)構(gòu)特征點(diǎn)位置誤差δa，還包括動(dòng)平臺(tái)索連接點(diǎn)位置誤差δb。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于滑輪運(yùn)動(dòng)學(xué)的索并聯(lián)機(jī)器人運(yùn)動(dòng)學(xué)標(biāo)定方法，其特征在于，所述標(biāo)定方法分為外部標(biāo)定法和內(nèi)部標(biāo)定法，當(dāng)采用外部標(biāo)定法時(shí)，未知參數(shù)為包含索連接點(diǎn)位置a和初始索長(zhǎng)L₀，測(cè)量參數(shù)為當(dāng)采用內(nèi)部標(biāo)定法時(shí)，未知參數(shù)為包含索連接點(diǎn)位置a、初始索長(zhǎng)L₀和終端實(shí)到位姿坐標(biāo)P；其中，m為驅(qū)動(dòng)繩索數(shù)目，n為終端自由度數(shù)目。