[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

本發明實施例公開一種串聯型伺服機構幾何參數優化標定方法和系統，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。

技術領域

本發明涉及運動學標定領域，更具體地，涉及一種串聯型伺服機構幾何參數優化標定方法、系統、存儲介質和計算機設備。

背景技術

串聯型伺服機構的具有操作靈活且可移動性較強的優點，在機器人、天線指向機構、多軸伺服轉臺系統中廣泛應用。由于串聯機構特殊的結構形式帶來的不可避免的幾何參數誤差，其絕對定位精度會比較差，對于某些對絕對精度要求較高的應用場景，難以直接應用，需要進行運動學標定。

串聯型伺服機構的運動學標定是幾何參數辨識及補償的過程，幾何參數辨識的精度決定了標定的精度。通常的幾何參數辨識方法需要在被測串聯型伺服機構的工作空間中隨機選定一組串聯機構的位形作為標定位形集合。不同的串聯機構的結構形式，標定位形的選擇對幾何參數辨識結果有明顯的影響。如果選擇的標定位形的數量較少，就有可能造成對某些幾何參數的辨識結果不準確，從而影響整個機構的標定精度。而如果選擇的標定位形的數量較多，將會大大增加標定實驗以及數據處理的工作量，而且不一定能提高參數辨識的精度。同時，參數辨識過程中，對于測量噪聲的抑制效果也與標定位形的選擇有關。

一般的串聯型伺服機構幾何參數標定方法存在如下問題：

1、選擇過多的標定位形會導致標定實驗及數據處理的工作量增加；

2、隨機選擇的標定位形有可能使辨識精度下降；

3、利用枚舉法選擇最優標定位形的方法計算量十分龐大。

發明內容

有鑒于此，在進行串聯型伺服機構標定時，在給定標定位形數量N的前提下，需要從其工作空間內的待測位形集合中主動選擇一組優化的標定位形，使得標定過程中幾何參數辨識精度更高。

本發明的第一個實施例提供一種串聯型伺服機構幾何參數優化標定方法，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、在待測位形集合中選出優化標定位形；

S50、利用優化標定位形完成誤差測量和參數辨識。

在一個具體實施例中，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。

在一個具體實施例中，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