一种位姿解耦运动学标定方法、装置、设备及存储介质

本技术涉及机械运动，尤其涉及一种位姿解耦运动学标定方法、装置、设备及存储介质。

背景技术：

1、零部件加工需同时具备复杂形貌、大尺寸和高精度的特点，所以需要提升多轴制造装备的加工行程和操作精度以满足各类复杂需求。五轴由于具有姿态调整能力广泛适用于复杂曲面加工，其绝对定位精度是最关键的性能指标。运动学几何误差标定是提高多自由度运动系统绝对定位精度的有效方式之一，在位置和姿态都需要保持高精度的加工场合，现有技术主要采用位姿整体误差最小的方式实现标定，但是由于位置和姿态的量纲、数值和测量精度存在差异，会导致不同自由度之间的几何误差差异，出现部分姿态误差弱收敛问题，使整体标定法很难达到位置和姿态的最优补偿效果。

2、目前的标定方法虽然将末端齐次变换矩阵里面的姿态和位置矩阵的参数分离，并没有评价姿态对于位置的影响，其位置矩阵里面仍然存在位置参数和姿态参数的耦合情况。这类方法由于无法考虑姿态对位置的影响，机构的各自由度仍然很难实现最优标定和对应误差的最优补偿。

技术实现思路

1、本技术提供了一种位姿解耦运动学标定方法、装置、设备及存储介质，用于解决现有技术并未考虑多自由度运动系统中姿态对位置的影响，难以消除不同自由度之间的误差差异问题，导致标定和补偿效果较差的技术问题。

2、有鉴于此，本技术第一方面提供了一种位姿解耦运动学标定方法，包括：

3、基于等效转动矢量和刚体运动变换规则构建位姿解耦运动模型；

4、引入位姿误差，通过所述位姿解耦运动模型进行位姿空间分解，得到姿态误差表达式和位置等效表达式；

5、依据所述姿态误差表达式和所述位置等效表达式分析姿态变化对位置的耦合影响，得到位姿耦合增量；

6、根据所述位姿耦合增量和初始解耦标定模型构建目标解耦标定模型，所述初始解耦标定模型根据所述位姿解耦运动模型构建；

7、采用最小二乘法根据预置轴位姿误差对所述目标解耦标定模型进行不同自由度的几何误差求解，得到标定误差。

8、优选地，所述引入位姿误差，通过所述位姿解耦运动模型进行位姿空间分解，得到姿态误差表达式和位置等效表达式，包括：

9、在所述位姿解耦运动模型中引入位姿误差，构建误差解耦运动模型；

10、通过所述误差解耦运动模型对姿态误差进行量化表达，得到姿态误差表达式；

11、对所述误差解耦运动模型进行等效转动矢量运算，得到位置等效表达式。

12、优选地，所述采用最小二乘法根据预置轴位姿误差对所述目标解耦标定模型进行不同自由度的几何误差求解，得到标定误差，包括：

13、所述预置轴位姿误差包括预置轴姿态误差和预置轴位置误差；

14、采用最小二乘法根据所述预置轴姿态误差和所述目标解耦标定模型求解姿态几何误差参数；

15、根据所述姿态几何误差参数评估姿态变化对位置的耦合影响程度，得到耦合增量参数；

16、采用最小二乘法根据所述耦合增量参数和所述目标解耦标定模型求解位置几何误差参数，得到标定误差，所述标定误差包括所述姿态几何误差参数和所述位置几何误差参数。

17、优选地，所述采用最小二乘法根据预置轴位姿误差对所述目标解耦标定模型进行不同自由度的几何误差求解，得到标定误差，之前还包括：

18、构建测量坐标系后，获取b、c轴旋转中心和转动半径，并计算初始等效转动矢量；

19、根据采集的目标末端位姿信息和所述初始等效转动矢量求解b、c轴的转动量，得到姿态信息量；

20、基于所述姿态信息量和采集的末端x,y,z轴位置信息分别计算b、c、x、y、z轴的误差，得到预置轴姿态误差和预置轴位置误差。

21、本技术第二方面提供了一种位姿解耦运动学标定装置，包括：

22、模型构建单元，用于基于等效转动矢量和刚体运动变换规则构建位姿解耦运动模型；

23、位姿分解单元，用于引入位姿误差，通过所述位姿解耦运动模型进行位姿空间分解，得到姿态误差表达式和位置等效表达式；

24、耦合分析单元，用于依据所述姿态误差表达式和所述位置等效表达式分析姿态变化对位置的耦合影响，得到位姿耦合增量；

25、模型调整单元，用于根据所述位姿耦合增量和初始解耦标定模型构建目标解耦标定模型，所述初始解耦标定模型根据所述位姿解耦运动模型构建；

26、标定求解单元，用于采用最小二乘法根据预置轴位姿误差对所述目标解耦标定模型进行不同自由度的几何误差求解，得到标定误差。

27、优选地，所述位姿分解单元，具体用于：

28、在所述位姿解耦运动模型中引入位姿误差，构建误差解耦运动模型；

29、通过所述误差解耦运动模型对姿态误差进行量化表达，得到姿态误差表达式；

30、对所述误差解耦运动模型进行等效转动矢量运算，得到位置等效表达式。

31、优选地，所述标定求解单元，具体用于：

32、所述预置轴位姿误差包括预置轴姿态误差和预置轴位置误差；

33、采用最小二乘法根据所述预置轴姿态误差和所述目标解耦标定模型求解姿态几何误差参数；

34、根据所述姿态几何误差参数评估姿态变化对位置的耦合影响程度，得到耦合增量参数；

35、采用最小二乘法根据所述耦合增量参数和所述目标解耦标定模型求解位置几何误差参数，得到标定误差，所述标定误差包括所述姿态几何误差参数和所述位置几何误差参数。

36、优选地，还包括：

37、初始矢量获取单元，用于构建测量坐标系后，获取b、c轴旋转中心和转动半径，并计算初始等效转动矢量；

38、转动量计算单元，用于根据采集的目标末端位姿信息和所述初始等效转动矢量求解b、c轴的转动量，得到姿态信息量；

39、位姿误差计算单元，用于基于所述姿态信息量和采集的末端x,y,z轴位置信息分别计算b、c、x、y、z轴的误差，得到预置轴姿态误差和预置轴位置误差。

40、本技术第三方面提供了一种位姿解耦运动学标定设备，所述设备包括处理器以及存储器；

41、所述存储器用于存储程序代码，并将所述程序代码传输给所述处理器；

42、所述处理器用于根据所述程序代码中的指令执行第一方面所述的位姿解耦运动学标定方法。

43、本技术第四方面提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质用于存储程序代码，所述程序代码用于执行第一方面所述的位姿解耦运动学标定方法。

44、从以上技术方案可以看出，本技术实施例具有以下优点：

45、本技术中，提供了一种位姿解耦运动学标定方法，包括：基于等效转动矢量和刚体运动变换规则构建位姿解耦运动模型；引入位姿误差，通过位姿解耦运动模型进行位姿空间分解，得到姿态误差表达式和位置等效表达式；依据姿态误差表达式和位置等效表达式分析姿态变化对位置的耦合影响，得到位姿耦合增量；根据位姿耦合增量和初始解耦标定模型构建目标解耦标定模型，初始解耦标定模型根据位姿解耦运动模型构建；采用最小二乘法根据预置轴位姿误差对目标解耦标定模型进行不同自由度的几何误差求解，得到标定误差。

46、本技术提供的位姿解耦运动学标定方法，提出了基于等效转动矢量的位姿解耦标定方案，不仅通过位姿解耦运动模型对位姿进行空间分解，得到姿态与位置运动的独立表达，而且还基于独立的表达模型分析姿态对位置的耦合影响，得到准确的位姿耦合增量；然后依据位姿耦合增量调整标定模型，并求解；可以确保求解得到的不同自由度的几何误差的准确性，因为分离的姿态和位置误差可以达到各自收敛，且位置运动不受耦合影响；所以此过程能够确保达到最优标定，并满足误差补偿要求。因此，本技术能够解决现有技术并未考虑多自由度运动系统中姿态对位置的影响，难以消除不同自由度之间的误差差异问题，导致标定和补偿效果较差的技术问题。