[發(fā)明專利]基于Nelder-Mead的并聯(lián)機(jī)器人校準(zhǔn)方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202210345333.2
• 申請(qǐng)日: 2022-03-31
• 公開（公告）號(hào): CN114872037A
• 公開（公告）日: 2022-08-09
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 田坤淼;楊思遠(yuǎn);郭鵬;謝雙勝;李家暉;楊仲秋
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 伯朗特機(jī)器人股份有限公司
• 主分類號(hào): B25J9/16
• 分類號(hào): B25J9/16
• 代理公司: 廈門市新華專利商標(biāo)代理有限公司 35203
• 代理人: 朱凌;徐勛夫

1.一種基于Nelder-Mead的四軸并聯(lián)機(jī)器人校準(zhǔn)方法，其特征在于：所述四軸并聯(lián)機(jī)器人包括一靜平臺(tái)、三主動(dòng)臂、三從動(dòng)臂、一動(dòng)平臺(tái)、一末端機(jī)構(gòu)、一可伸縮傳動(dòng)軸，其中，靜平臺(tái)與主動(dòng)臂通過通過電機(jī)和減速機(jī)連接，主動(dòng)臂和從動(dòng)臂通過鉸鏈連接，從動(dòng)臂與動(dòng)平臺(tái)通過鉸鏈連接；

所述校準(zhǔn)方法包括以下步驟：

步驟1、構(gòu)建四軸并聯(lián)機(jī)器人的坐標(biāo)系，并進(jìn)行正解計(jì)算，得到機(jī)器人末端結(jié)構(gòu)位姿；

步驟2、進(jìn)行誤差源分析，并確定需要校準(zhǔn)的參數(shù)；

步驟3、獲取測(cè)量位置，計(jì)算對(duì)應(yīng)的名義位置；

使用激光跟蹤儀采樣機(jī)器人工作空間下N個(gè)點(diǎn)的位置p_T及相對(duì)應(yīng)的關(guān)節(jié)角θ＝k·q+qero，q為機(jī)器人控制的角度，k為減速比修正因子，qero為零位修正因子，

在不考慮結(jié)構(gòu)誤差的前提下N組關(guān)節(jié)角θ，代入步驟1得到的機(jī)器人末端結(jié)構(gòu)位姿公式中，獲得N個(gè)名義位置p_idea；

步驟4、構(gòu)造誤差模型；

名義位置p_idea任意兩點(diǎn)間的距離為：

DI＝norm(p_Ii-p_Ij)＝|F(q_i,X)-F(q_j,X)|,i≠j,

對(duì)應(yīng)的測(cè)量點(diǎn)任意兩點(diǎn)間的距離為：

DT＝norm(p_Ti-p_Tj),i≠j

對(duì)應(yīng)距離的差的絕對(duì)值為誤差評(píng)函數(shù)：

f(X)＝RMS(|DI-DT|)＝f(q_i,q_j,X)，X為需要校準(zhǔn)的結(jié)構(gòu)參數(shù)；

步驟5、利用Nelder-Mead算法校準(zhǔn)結(jié)構(gòu)參數(shù)X。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于Nelder-Mead的四軸并聯(lián)機(jī)器人校準(zhǔn)方法，其特征在于：所述步驟5具體包括以下步驟：

步驟5.1、激光跟蹤儀的采樣次數(shù)為N，分別對(duì)X₀向量的每一個(gè)元素增0.01，X_i＝X₁+0.01·eye(N)構(gòu)造出一個(gè)N+1行的初始單純形，即分別對(duì)各校準(zhǔn)參數(shù)單獨(dú)增加了一個(gè)較小的值0.01，與初始值X₀一起組成了一個(gè)N+1行的矩陣，列數(shù)為校準(zhǔn)參數(shù)的個(gè)數(shù)，初始單純形即是N+1組校準(zhǔn)參數(shù)；其中，X₀為初始值，X₁為設(shè)計(jì)值，X₁＝[qero,k,α,dB,L₁,L₂,Tool]；

步驟5.2、分別求N+1組校準(zhǔn)參數(shù)的值對(duì)應(yīng)的誤差評(píng)估函數(shù)的值f(X_i)，按從小到大的順序排列，構(gòu)造出對(duì)應(yīng)的序列：

Xs(1)...Xs(N),Xs(N+1)

f(Xs(1))...f(Xs(N)),f(Xs(N+1))

步驟5.3、計(jì)算前N個(gè)點(diǎn)Xs(1)...Xs(N)的中心：Xm＝(∑(X_i))/N。

步驟5.4、計(jì)算Xs(N+1)的反射點(diǎn)Xr＝2X_m-Xs(N+1)；

如果反射點(diǎn)的評(píng)估函數(shù)在最好和最差之間，即：f(Xs(1))≤f(Xr)≤f(Xs(N))，用Xr替代Xs(N+1),并回到步驟5.2，求評(píng)估函數(shù)的值并按從小到大排序；

如果反射點(diǎn)的評(píng)估函數(shù)比原序列的最好的值優(yōu)f(Xr)≤f(Xs(1))，計(jì)算拓展點(diǎn)Xe＝Xm+2(Xm-Xs(N+1))；如果拓展點(diǎn)的評(píng)估函數(shù)比反射點(diǎn)好，即f(Xe)≤f(Xr)，則Xs(N+1)＝Xe；否則，Xs(N+1)＝Xr，回到步驟5.2,；

如果反射點(diǎn)最差f(Xr)≥f(Xs(N+1))，則計(jì)算收縮點(diǎn)Xc＝(Xs(N+1)+Xm)/2，比較收縮點(diǎn)與最差點(diǎn)的評(píng)估函數(shù)值，如果f(Xc)≤f(Xs(N+1))則用收縮點(diǎn)替代最差點(diǎn)Xs(N+1)＝Xc；否則，整體收縮Xs(i)＝(Xs(i)+Xs(1))/2,i≥2，并回到步驟5.2；

如果|f(Xs(1))-f(Xs(N+1))|≤1e-3，則所求的校準(zhǔn)參數(shù)最優(yōu)解為Xs(1)。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于Nelder-Mead的四軸并聯(lián)機(jī)器人校準(zhǔn)方法，其特征在于：所述步驟1中，利用空間解析幾何求解機(jī)器人的正解。