[發明專利]一種串聯型伺服機構幾何參數優化標定方法和系統

有效

• 申請號: 202011206736.6
• 申請日: 2020-11-03
• 公開（公告）號: CN112596382B
• 公開（公告）日: 2022-11-25
• 發明（設計）人: 高景一;王哲;耿金鵬;譚軍;張慧
• 申請（專利權）人: 北京無線電測量研究所
• 主分類號: G05B13/04
• 分類號: G05B13/04
• 代理公司: 北京正理專利代理有限公司 11257
• 代理人: 付生輝

1.一種串聯型伺服機構幾何參數優化標定方法，其特征在于，包括：

S10、根據串聯型伺服機構的幾何參數的名義值，建立串聯型伺服機構的名義運動學模型；

S20、根據選定的誤差測量方法和所述名義運動學模型建立串聯機構的幾何參數誤差辨識模型，確定待辨識的誤差參數；

S30、在串聯機構各旋轉軸運動范圍內，確定各軸的采樣點，進而確定待測位形集合；

S40、利用觀測判據和位形優化算法在待測位形集合中選出優化標定位形；

S50、利用最優標定位形完成誤差測量，并利用參數辨識方法計算得到誤差參數；

所述S20包括：

利用可測量的位姿向量p重新表示串聯機構末端位姿T，建立的串聯機構的幾何參數誤差辨識模型具有如下形式：

其中，dp表示串聯機構末端位姿的微分，標定模型將dp表示為幾何參數偏差的線性組合的形式，進而對某個位形i，有

其中，Δp_i表示串聯機構末端位姿誤差；是在當前位形下，串聯機構的幾何參數誤差傳遞矩陣；Δφ＝[Δφ₁,Δφ₂,…,Δφ_M]^T是串聯機構的各個幾何參數的誤差構成的列向量；

所述S30包括

在串聯機構的每個自由度的旋轉軸的角度范圍內，按平均分布的方法選擇k個采樣點，于是s個自由度最多可以生成k^s個待測位形，構成待測位形集合{S}；

所述S40包括

S401、從待測位形集合{S}中隨機選擇N個初始標定位形，構成初始標定位形集合{C₀}；

S402、分別計算{C₀}中N個初始標定的誤差傳遞矩陣i＝1,2,…,N，將這N個初始標定位形幾何參數誤差傳遞矩陣按行分塊排列得到參數辨識矩陣并計算觀測矩陣的逆矩陣以及的行列式的值

S403、從{C₀}中選出一個位形，使得去掉這個位形后，得到的觀測矩陣的行列式的值最大；

S404、從{S}中的其余位形中選擇一個新的位形，使得{C₀}中剩下的N-1個位形加上這個位形后，得到一個新的具有N個標定位形的集合{C₁}； 使得觀測矩陣的行列式的值最大；

S405、重復步驟S403和S404，直到新的具有N個標定位形的集合{C_k}得到的觀測矩陣的行列式的值相比于上一個標定位形集合{C_k-1}的觀測矩陣的行列式不再增加，{C_k}即選出的優化標定位形集合。

2.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，所述S10中對串聯機構建立的名義運動學模型具有如下形式：

其中，Tⁿ是串聯機構末端名義位姿，是串聯機構上M個待辨識的幾何參數名義值構成的列向量，是串聯機構s個自由度的旋轉軸的角度控制量，是用于描述串聯機構運動學的非線性泛函。

3.根據權利要求2所述的串聯型伺服機構幾何參數優化標定方法，其特征在于，所述觀測判據選擇為：

其中，O₁表示觀測判據，N是用于標定的位形集合{C}中包含的測量位形的數量，L是矩陣的非零特征值的數量，L的值與待辨識的幾何參數的數量M相同，是矩陣M_{C,N}的非零特征值。

4.根據權利要求3所述的串聯型伺服機構幾何參數優化標定方法，其特征在于，所述觀測判據O₁的大小等價于矩陣M_{C,N}的行列式值|M_{C,N}|的大小。