专利名称：机械臂运动学参数分离辨识方法
技术领域：
本发明涉及机器人标定领域，尤其涉及一种将姿态参数和位置参数分离辨识的机械臂运动学参数辨识方法。
背景技术：
机器人参数辨识是提高精度的重要手段，对于机器人离线编程和视觉引导下操作的成功具有重要的意义。机器人各连杆的几何参数误差是造成机器人定位误差的最主要环节，它主要是由于制造和安装过程中产生的连杆实际几何参数与名义参数值之间的偏差造成的，一般被视为系统误差。此外，一些影响因素如环境、机械变形被视为随机误差。所谓辨识就是运用先进的测量手段和适当的参数识别方法辨识出机器人模型的准确参数，从而提高机器人精度的过程。目前，对机器人运动学参数的辨识，国内外进行了大量的研究。通常采用的方法是先建立适当的运动学误差模型，然后精确测量几组位姿，最后获得实际模型参数并运用正向运动学求解实际位姿。
发明内容
本发明的目的是针对目前运动学标定方法的不足提供一种参数分离辨识方法，该方法操作简单且精度大大提高。其技术解决方案包括如下步骤(1)利用激光跟踪仪建立基坐标系Σ B和末端坐标系Σ τ。将三靶球与末端执行器固连，采用三点不共线布点结构建立辅助坐标系Σ F。利用坐标系之间的转化关系，求得末端坐标系Σ τ在基坐标系Σ B下的姿态矩阵R。根据姿态矩阵R和所建立的姿态参数误差模型，对姿态参数进行标定。(2)利用实测的末端执行器位置和辨识好的姿态参数对分离后的位置参数进行辨识，最终实现机械臂运动学参数辨识。本发明的优点是(1)通过将末端执行器齐次变换矩阵中的姿态矩阵和位置向量进行分离，有效防止了数量级较小的姿态误差被数量级较大的位置误差淹没。(2)提出一种无需计入关节位置误差的机械臂D-H参数辨识方法，避免关节位置测量误差的同时，保证了齐次变换矩阵误差补偿的高精度特征。(3)利用激光跟踪仪，采用三点不共线布点结构建立靶座辅助坐标系求得末端执行器在基系下的姿态矩阵，克服了传统等腰三角形布点结构的局限性。
图1是机器人运动学参数辨识流程图。图2是姿态测量中各坐标系之间关系。
0J 二 0TH …“J =(2)建立误差模型齐次坐标变换矩阵主要有旋转矩阵R和平移向量P组成。其中，旋转矩阵R是 {α，θ，β}的函数，平移向量P是{α，θ , β , a, d}的函数。关节旋转角度θ所带来的误差对于机械臂末端位姿精度影响巨大，但该类误差通常受伺服特性和外部扰动的影响而难以确定。因此，在建立误差模型时将θ排除在外，通过补偿{>，β , a, d}来弥补θ所带来的关节误差。本发明主体思路为首先利用旋转矩阵R建立的姿态误差模型对{ α，β }两组参数进行标定，再利用辨识好的，β}和位置误差模型对{a，d}进行标定，从而分两步将机器人D-H参数误差进行辨识。建立姿态误差模型设σ ζ、ζ y、Yx分别代表末端参考系绕基座坐标系相应轴的转角，根据旋转矩阵与欧拉角之间的转化公式可得
γ 二 Atan2(-nz，^jnx2+ny2)] σΖ 二 Atan2{ny ,nx)(3)
yx=Atan2(oz,a)
具体实施例方式(1)修正D-H模型经典的D-H模型中相邻两轴平行或接近平行时存在奇异点，在此基础上增加一项绕y轴旋转β角度的变换，以克服奇异点问题，修正好的坐标变换矩阵为
权利要求
1.通过将末端执行器齐次变换矩阵中的姿态矩阵和位置向量进行分离，分别建立姿态误差模型和位置误差模型，将运动学参数分离辨识，有效防止了数量级较小的姿态误差被数量级较大的位置误差淹没。
2.提出一种无需计入关节位置误差的机械臂D-H参数辨识方法，在建立误差模型时将 θ排除在外，通过补偿{>，β，a，d}来弥补θ所带来的关节误差，避免关节位置测量误差的同时，保证了齐次变换矩阵误差补偿的高精度特征。
3.利用激光跟踪仪建立基坐标系和与末端执行器固连的末端坐标系，并采用三点不共线布点结构建立靶座辅助坐标系，利用三个坐标系之间的旋转关系求得末端执行器在基系下的姿态矩阵，克服了传统等腰三角形布点结构的局限性。
全文摘要
基于激光跟踪仪位置测量原理和机械臂微分运动原理，通过将末端执行器齐次变换矩阵中的姿态矩阵和位置向量进行分离，提出一种无需计入关节位置误差的机械臂D-H参数辨识方法。首先，通过测得末端执行器在基系下的姿态矩阵对姿态参数进行辨识；然后，利用辨识好的姿态参数和实测的末端位置对分离后的位置参数进行辨识；最终实现机械臂运动学参数辨识。
文档编号G06T7/20GK102314690SQ20111015000
公开日2012年1月11日 申请日期2011年6月7日 优先权日2011年6月7日
发明者孙汉旭, 张岩, 朱宁宁, 贾庆轩, 陈钢 申请人:北京邮电大学