[發明專利]一種用于六自由度機械臂的精度標定和驗證方法

有效

• 申請號: 202110208592.6
• 申請日: 2021-02-24
• 公開（公告）號: CN112833792B
• 公開（公告）日: 2022-07-05
• 發明（設計）人: 申景金;郭家楨;周震宇;張世峰
• 申請（專利權）人: 南京郵電大學
• 主分類號: G01B11/00
• 分類號: G01B11/00
• 代理公司: 南京瑞弘專利商標事務所(普通合伙) 32249
• 代理人: 陳國強

1.一種用于六自由度機械臂的精度標定和驗證方法，其特征在于，包括以下步驟：

（1）標定前準備：標定前安放機械臂和測量設備，滿足環境要求；

（2）獲取理論機器人工具坐標系：

21）使用磁性適配器，把激光跟蹤儀靶球固定在機器人末端執行器尖端，通過調整靶球的朝向，保證測量全程中不改變靶球的位置，機械臂靶球的所有位置都被激光跟蹤儀完全記錄；

22）操作機器人第五、第六關節的運動，每運動1mm采樣一次，激光跟蹤儀記錄下機器人所運動的點的軌跡，并對采集到的數據進行一系列的處理；

23）通過圓點分析法辨識出第五、第六關節的軸線，進一步建立理論機器人工具坐標系；

（3）獲取實際工具坐標系：

31）將靶球的磁性適配器取下；

32）操作機械臂，使得第五、第六關節回到原點，0度位置；

33）把靶球放在機器人實際六軸末端執行器尖端，使用激光跟蹤儀測量靶球坐標；

34）把靶球放在機器人實際六軸法蘭盤上，在法蘭盤平板上一共放置3次，使用激光跟蹤儀分別測量靶球坐標，建立測量參考平面；

35）根據激光跟蹤儀測量結果，通過三個點的坐標，建立測量參考平面；將步驟33）中獲得的靶球坐標向步驟34）獲得的參考平面投影；投影得到的點即為機器人工具坐標系原點，故可以進一步獲得機器人實際工具坐標系；

36）將得到的機器人實際工具坐標系傳入機器人控制器；

（4）獲取機器人基坐標系：對第一、第二關節使用圓點分析法來獲取機器人基坐標系；

（5）定義標定用位姿：在選取標定位姿的過程中，采用選取目標工作位姿與通用位姿相結合的方式；

（6）執行運動學參數辨識：基于步驟（4）獲取的機器人基坐標系，采用了MDH模型，對運動學參數進行標定；

（7）進行標定結果驗證；

71）激光跟蹤儀放置在測量光路不受外部環境阻擋且覆蓋機器人整個工作空間的區域；

72）手動操作機械臂按照順序移動到驗證目標圖形中P1、P2、P3點；

73）當機械臂到達P1、P2、P3后，通過激光跟蹤儀可以測量出實際的機械臂末端執行器的實際位置；

74）通過P1、P2、P3三點建立新的局部坐標系；所述P1、P2、P3點為驗證目標圖形中不共線的三個點，點與點之間距離確定，第一行取第一個點和最后一個點，最后一行取中間一個點；

75）以步驟74）新建的局部坐標系作為參考坐標系，操作機械臂依次移動到驗證目標圖形的每個驗證點上；

76）在機械臂到達每一個驗證點，使用激光跟蹤儀記錄下每個點的坐標位置；

77）在局部坐標系中，通過激光跟蹤儀讀取測量數據，將激光跟蹤儀測量得到的兩點坐標之間的距離與兩個驗證點之間的距離相減，來計算X,Y,Z方向的實際到達位置與理論值的偏差，并且記錄；

78）平均誤差的數值加上3倍的標準偏差作為機械臂的定位精度。

2.根據權利要求1所述一種用于六自由度機械臂的精度標定和驗證方法，其特征在于，所述步驟（1）包括以下步驟：

11）機械臂開機后首先在工作空間內運行一段時間，直到機械臂到達工作溫度；機械臂與底座固接，從而保證在標定過程中，不因底座變形和位移給標定工作引入額外誤差；

12）測量設備采用激光跟蹤儀，在進行測量前，激光跟蹤儀達到工作溫度，從而保證測量精度；激光跟蹤儀穩固的安放，且在測量全程與機器人的相對位置不能有任何改變；

13）放置于機器人末端的靶球必須與機器人末端執行器固接，且與機器人的末端執行器的位置盡可能靠近；且在測量過程中，必須能保證靶球能指向激光跟蹤儀。