基于平面约束的机器人标定方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种基于平面约束的机器人标点方法，涉及工业机器人的标定技术领 域。
【背景技术】
[0002] 1.机器人定位精度是串联机器人的一个重要的性能指标，是机器人离线编程的基 础，是机器人完成任务的重要保证。随着机器人应用环境的复杂化，工业上对机器人定位精 度提出了更高的要求，期望机器人有很高的绝对定位精度。然而由于机器人零件加工装配 误差、机器人柔性变形误差、环境因素所带来的误差等影响，机器人的绝对定位精度的范围 仅为± IOOmm至0. 1_。而机器人运动学标定是提高机器人定位精度最有效的途径，它主要 包括建模、测量、辨识、补偿四个阶段，通过合理的方法辨识出真实的运动学参数，修正控制 软件参数从而达到提高机器人定位精度的目的。
[0003] 2.但传统的标定方法在数据测量时使用的是昂贵的测量仪器，该过程操作复杂， 需要专业的人员操作，增加了标定的成本，同时该过程需要处理测量坐标系与机器人基坐 标系之间复杂的转化关系，容易引进外来误差，造成标定精度不高，误差增大。
[0004] 3.针对上述技术情况，本发明提出一种基于平面约束的机器人标定方法。
【发明内容】
[0005] 针对上述现有技术存在的不足，本发明提供一种基于平面约束的机器人标定方 法，该标定方法具有简单、实用、高效、低成本的特点，不需要昂贵的测量仪器，不仅提高了 机器人定位精度，而且降低了标定的总体成本。
[0006] 发明的技术方案是：
[0007] 1. 一种基于平面约束的机器人标定方法，包括以下步骤：
[0008] (1)建立机器人的运动学模型
[0009] 结合DH法和MDH法建立机器人的运动学模型，将连杆坐标系i相对于连杆坐标 系i-Ι的齐次坐标变换设为Ai，则机器人末端坐标系η相对于机器人基坐标系0的位姿 tlTn 为：
[0010] 0Tn= A !A2. · · Ai. · · An
[0011] (2)建立机器人末端位置误差模型
[0012] 根据微分变换原理得出相邻连杆坐标系之间转换误差八化为：
[0013]
【主权项】
1. 一种基于平面约束的机器人标定法方法，其特征在于：包括以下步骤： (1) 建立机器人的运动学模型 结合DH法和MDH法建立机器人的运动学模型，将连杆坐标系i相对于连杆坐标系i-1 的齐次坐标变换设为化，则机器人末端坐标系n相对于机器人基坐标系0的位姿°Tn为： Tn-A(A。. ? ?A" ? ?An (2) 建立机器人末端位置误差模型 根据微分变换原理得出相邻连杆坐标系之间转换误差八化为： 或
则机器人各连杆之间的实际齐次坐标变换A，为： A, =Aj+AAj 计算机器人末端坐标系相对于机器人基坐标系的实际变换矩阵P+Ap为：
忽略上式实际变换矩阵等式右侧的高次项得出机器人末端位置误差模型Ap为：
其中，[dPxdPydPj是机器人位置误差矩阵，J= [Jd0JddJdaJdaJdfj为微分变换雅 克比矩阵，Ax= [A0AdAaAaA|3 ]T为连杆参数误差矩阵； (3) 基于平面约束建立机器人位置误差辨识模型 基于平面约束的性质，建立机器人位置误差辨识模型为：
T是辨识雅克比矩阵，△x为机器人运动学参数误差矩阵，D是机器人末端轨迹上两点 理论坐标值之差的矩阵； (4) 标定块位姿摆放 将标定块正确的放在机器人的工作空间内； (5) 示教并记录机器人末端理论位姿 控制机器人使机器人末端在标定块三个相互垂直的平面上分别示教n个点，每示教一 个点，记录一次控制器软件中对应的理论位姿； (6) 机器人运动学参数误差标定 将步骤（5)得到的数据代入到步骤（3)所建立的机器人位置误差辨识模型中，并通过 最小二乘法计算出真实的运动学参数对机器人误差进行补偿； (7)标定验证，将步骤（6)中得到机器人运动学参数补偿值代入到机器人控制器软件 中，重新示教若干个点，比较机器人理论末端位置是否约束于一个平面，若否，则继续步骤 (4)、（5)、（6)，直至满足精度要求。
2. 根据权利要求1所述的一种基于平面约束的机器人标定方法，其特征在于：所述 步骤（1)中，相邻连杆轴线不平行时使用DH法，其齐次坐标变换为AiRoUX，ah) Trans (X，aH) Rot (Z，0 j) Trans (Z, dj) 当相邻连杆轴线平行时使用MDH法，其齐次坐标变换为夂=Rot (X，ah) Trans (X, Rot (Z, 0 j) Trans (Z, dj) Rot (y, 0) 其中：0表示机器人关节Xi_i和X1绕Z轴的夹角；d代表XH和Xz轴平移的距离； a代表Zg和z1绕x轴旋转角度；a代表zh和zx轴平移的距离；0是绕Y轴旋转的 角度。
3. 根据权利要求1所述的一种基于平面约束的机器人标定方法，其特征在于：所使用 的标定块要求具有一级或者一级以上的平面度。
4. 根据权利要求1所述的一种基于平面约束的机器人标定方法，其特征在于：所述步 骤（4)中，将标定块放在机器人的工作空间内，要确保标定块三个相互垂直平面的法向量 与机器人基坐标轴平行。
【专利摘要】本发明涉及了一种基于平面约束的机器人标定方法，具体包括以下步骤：利用DH与MDH结合的方法建立机器人运动学模型；基于微分变换原理建立机器人末端位置误差模型；基于平面约束建立机器人的位置标定模型；标定块位姿摆放；示教并记录机器人末端理论位姿；机器人运动学参数标定；利用标定结果进行对比，如不满足精度要求，重新标定。本发明的方法具有简单、实用、高效、低成本的特点，避免使用昂贵的测量仪器，降低标定成本，提高定位精度。
【IPC分类】B25J9-18, B25J19-00
【公开号】CN104608129
【申请号】CN201410711022
【发明人】平雪良, 齐飞, 刘洁, 蒋毅
【申请人】江南大学
【公开日】2015年5月13日
【申请日】2014年11月28日