CN112105484A - 机器人运动学参数自标定方法、***及存储装置 - Google Patents

机器人运动学参数自标定方法、***及存储装置 Download PDF

Info

Publication number
CN112105484A
CN112105484A CN201980017461.0A CN201980017461A CN112105484A CN 112105484 A CN112105484 A CN 112105484A CN 201980017461 A CN201980017461 A CN 201980017461A CN 112105484 A CN112105484 A CN 112105484A
Authority
CN
China
Prior art keywords
robot
calibration
standard workpiece
error
actual
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN201980017461.0A
Other languages
English (en)
Other versions
CN112105484B (zh
Inventor
李康宁
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Shenzhen A&E Intelligent Technology Institute Co Ltd
Original Assignee
Shenzhen A&E Intelligent Technology Institute Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Shenzhen A&E Intelligent Technology Institute Co Ltd filed Critical Shenzhen A&E Intelligent Technology Institute Co Ltd
Publication of CN112105484A publication Critical patent/CN112105484A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN112105484B publication Critical patent/CN112105484B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25J—MANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
    • B25J9/00—Programme-controlled manipulators
    • B25J9/16—Programme controls
    • B25J9/1628—Programme controls characterised by the control loop
    • B25J9/1653—Programme controls characterised by the control loop parameters identification, estimation, stiffness, accuracy, error analysis
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25J—MANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
    • B25J19/00—Accessories fitted to manipulators, e.g. for monitoring, for viewing; Safety devices combined with or specially adapted for use in connection with manipulators
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25J—MANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
    • B25J9/00—Programme-controlled manipulators
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25J—MANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
    • B25J9/00—Programme-controlled manipulators
    • B25J9/16—Programme controls
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25J—MANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
    • B25J9/00—Programme-controlled manipulators
    • B25J9/16—Programme controls
    • B25J9/1656—Programme controls characterised by programming, planning systems for manipulators
    • B25J9/1661—Programme controls characterised by programming, planning systems for manipulators characterised by task planning, object-oriented languages
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P90/00—Enabling technologies with a potential contribution to greenhouse gas [GHG] emissions mitigation
    • Y02P90/02—Total factory control, e.g. smart factories, flexible manufacturing systems [FMS] or integrated manufacturing systems [IMS]

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Robotics (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Manipulator (AREA)
  • Numerical Control (AREA)

Abstract

一种机器人运动学参数自标定方法，该方法包括：标定机器人的末端执行器多次接触标准工件表面，并记录每次接触标定机器人各轴的角度，其中标准工件安装于参考机器人的法兰；参考机器人改变标准工件的位姿，标定机器人重复执行末端执行器多次接触标准工件表面，并记录每次接触标定机器人各轴的角度的步骤，以获取标定机器人的多组轴角度值；利用多组轴角度值、标定机器人的名义运动学参数以及标准工件的实际半径，得到标定机器人的实际运动学参数，可以提高效率且能够实现自动化标定，易于实现批量标定。还涉及一种执行该方法的***及存储有该方法程序文件的存储装置。

Description

机器人运动学参数自标定方法、***及存储装置
技术领域
本申请涉及机器人领域，尤其是涉及一种机器人运动学参数自标定方法、***及存储装置。
背景技术
机器人的运动精度对于工业机器人在生产中的应用可靠性起着至关重要的作用。机器人各连杆的几何参数(DH参数)误差是造成机器人***误差的主要环节，其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理论参数值之间的偏差造成的。
常用的机器人DH参数标定方法有两种：一种是利用激光跟踪仪或三坐标测量机等外部测量设备，测量被标定机器人TCP点在各测量点的位姿，根据实际测量位姿和使用机器人名义DH参数正解得到的理论测量位姿的误差，辨识DH参数的误差。但是，由于激光跟踪仪等大型高精度测量设备具有成本高、体积大的特点，所以难以满足机器人批量生产时需要为提高效率多台同时进行标定的需求。
另一种方法是使用标准工件的自标定方法，机器人法兰上安装机床测头，特制标定标准工件为三个固定在底座上的标准球，标定过程中，控制机器人，使机床测头碰触各标准球的表面多次，改变标准球工件底座的位姿，重复以上测量过程，根据测量得到的轴位置和运动学正解计算出名义DH参数下标准球表面测量点的笛卡尔位置坐标，并通过球面拟合拟合出多组球心，并计算理论球心的距离。利用计算出的理论球心距离和实际球心距离的误差标定出DH参数。然而，带有三个标准球的订制工件作为自标定中的固定物理约束，需要高加工精度的标准工件，且需要另配调整工件位姿的方案，所以增加了成本和降低了自动化程度。
发明内容
本申请提出一种机器人运动学参数自标定方法、***及存储装置，能够降低成本且能够实现自动化标定，易于实现批量标定。
为了解决以上问题，本申请提出了一种机器人运动学参数自标定方法，包括：标定机器人将末端执行器多次接触标准工件表面，并记录每次接触所述标定机器人各轴的角度，其中所述标准工件安装于参考机器人的法兰；所述参考机器人改变所述标准工件的位姿，所述标定机器人重复执行以所述末端执行器多次接触标准工件表面，并记录每次接触所述标定机器人各轴的角度的步骤，以获取所述标定机器人的多组轴角度值；利用所述多组轴角度值、所述标定机器人的名义运动学参数以及所述标准工件的实际半径，得到所述标定机器人的实际运动学参数。
为了解决以上问题，本申请还提出了一种机器人运动学参数自标定***，包括：标定机器人和参考机器人；所述标定机器人的法兰安装有末端执行器，所述参考机器人的法兰安装有标准工件；所述参考机器人用于改变所述标准工件的位姿；所述标定机器人用于执行指令以实现如上所述的机器人运动学参数自标定方法。
为了解决以上问题，本申请又提出了一种存储装置，内部存储有程序文件，其特征在于，所述程序文件被执行以实现如上所述的机器人运动学参数自标定方法。
区别于现有技术，本申请的实施例中，利用法兰上安装有标准工件的参考机器人辅助标定，标定工具简单，效率高，且在标定时，只需一次输入标定机器人和参考机器人的运动指令，标定过程中标定机器人和参考机器人即可以自动运动和计算，无需人工干预，所以标定自动化程度高，适用于机器人生产过程中大批量的标定需求。
附图说明
图1是本申请机器人运动学参数自标定方法第一实施例的流程示意图；
图2是图1所示方法的执行场景示意图；
图3是图1中步骤S11和S12的具体流程示意图；
图4是图1中步骤S13的具体流程示意图；
图5是本申请机器人运动学参数自标定方法第二实施例的流程示意图；
图6是图5中各步骤的具体流程示意图；
图7是本申请机器人运动学参数自标定***第一实施例的结构示意图；
图8是本申请机器人运动学参数自标定***第二实施例的结构示意图；
图9是本申请存储装置一实施例的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本申请进行详细说明。
如图1所示，本申请机器人运动学参数自标定方法第一实施例包括：
S11：标定机器人将末端执行器多次接触标准工件表面，并记录每次接触时标定机器人各轴的角度。
其中，该末端执行器安装于标定机器人的法兰，标准工件安装于参考机器人的法兰。机器人各轴的角度是指机器人各关节以各关节轴线为转轴转动的角度。
结合图1和图2所示，在一个应用例中，标定机器人A的法兰安装有末端执行器10，参考机器人B的法兰安装有标准工件20，为了使得标定机器人A可以接触到标准工件20表面的不同位置，该标定机器人A和参考机器人B相对设置，从而使得标定机器人A和参考机器人B的灵巧工作空间有较大的重合，也就是使得二者机械臂的移动空间重合度较大，例如重合度达到至少50％。其中该末端执行器10可以是如图2中的机床侧头，为了满足标定精度的要求，机床测头可以选用重复精度1um及以下的型号，标准工件20可以采用标准球工件，该标准球工件需要有较高的球面度和表面光滑度，例如三坐标检具标准球。
标定时，参考机器人B控制其机械臂，使得标准工件20的位姿为Ci，标定机器人A控制其机械臂，可以使得末端执行器10多次接触标准工件20的表面，且每次接触均记录标定机器人A各轴的角度。其中，由标定机器人A自身的控制器(图未示)在末端执行器10触碰标准工件20的表面后记录该标定机器人A各轴的角度，当然也可以由标定机器人A将其各轴的角度传输给外部设备或生成相关文件进行存储记录。
可选地，如图3所示，步骤S11具体包括：
S111：标定机器人的末端执行器以不同姿态接触标准工件表面的不同位置m次，并记录每次接触标定机器人各轴的角度。
本实施例中，标定机器人为链式机器人。链式机器人可以由关节-连杆-关节-连杆-……-连杆-末端执行器这样的结构式来描述。DH参数(Denavit–Hartenbergparameters)是由Denavit和Hartenberg在1955年提出的表达相邻关节及其之间的连杆的位置角度关系的机械臂数学模型和坐标系确定***的四个参数。
由于链式机器人每个连杆对应的DH参数的个数为4，为了较为准确地标定机器人的运动学参数DH参数，标定机器人A接触同一位姿的标准工件20的次数m应大于4，例如预设m＝8。
具体地，结合图2和图3所示，为了提高标定的准确度，标定机器人A控制末端执行器10接触标准工件20时，可以采用不同的姿态接触标准工件20表面的不同位置，且每次接触时，记录标定机器人A各轴的角度qij。例如，末端执行器10每次接触标准工件20表面的位置均不同，且均是以不同位姿进行接触，或者部分次数采用不同位姿接触标准工件20表面的相同位置。
S12：参考机器人改变标准工件的位姿，标定机器人重复执行步骤S11，以获取标定机器人的多组轴角度值。
具体地，为了获取更充分的数据，参考机器人可以多次改变标准工件的位姿，每次改变位姿后，标定机器人可以重复执行上述步骤S11，从而可以得到标准工件的不同位姿对应的标定机器人的各轴的角度，其中标准工件的同一位姿下记录得到的标定机器人的各轴的角度形成一组轴角度值，则可以获取标定机器人的多组轴角度值，以便后续计算标定机器人的实际运动学参数，即实际DH参数。
结合图2所示，该参考机器人B可以控制其机械臂移动，从而改变标准工件20的位姿，例如从位姿C1改变为位姿C2，然后标定机器人A可以重复执行步骤S11，即控制末端执行器10多次接触标准工件20表面的不同位置，进而可以得到标准工件的位姿C1和位姿C2分别对应的两组标定机器人的轴角度值。
可选地，如图3所示，步骤S12包括：
S121：判断参考机器人改变标准工件的位姿的次数是否大于(n-1)。
其中，为了充分获取标定数据，根据标定机器人的轴数和每个轴的DH参数个数，选取n的具体取值。例如，当标定机器人是六轴串联机器人时，n的取值应大于20，如n＝60。
若判断结果为不大于，则执行如下步骤S122，否则执行步骤S124。
S122：改变标准工件的位姿，并返回执行步骤S111。
S124：根据获取的n*m组标定机器人各轴的角度，继续执行步骤S13。
具体地，在一个应用例中，参考机器人使用一个计数装置，当其每次控制机械臂改变标准工件的位姿时，该计数装置计数一次，则该参考机器人每次改变标准工件的位姿之前，可以先判断参考机器人已经改变标准工件的位姿的次数是否达到要求，即已经改变次数是否大于(n-1)(如是否大于50)，也就是判断是否已经完成标准工件n个位姿下测量得到多组标定机器人各轴的角度。若改变次数小于(n-1)，此时可以继续执行步骤S122，改变标准工件的位姿，并返回执行步骤S111，获取该改变后的标准工件位姿对应的标定机器人多次接触标准工件表面的各轴的角度。若改变次数已经大于n，即标准工件的位姿的改变次数已经达到要求，此时标定数据已经充分获取，可以继续执行后续步骤S13。
S13：利用该多组轴角度值、标定机器人的名义运动学参数以及标准工件的实际半径，计算标定机器人的实际运动学参数。
其中，标准工件采用标准球工件，其实际半径可以预先获取，该标定机器人的名义运动学参数通常出厂时以预先设定，也可以预先获取。
具体地，利用机器人运动学正解和逆解，采用DH建模方法，可以预先建立该多组轴角度值、标定机器人的名义运动学参数、标准工件的实际半径以及标定机器人的实际运动学参数的关系方程，从而将已经获取的该多组轴角度值、标定机器人的名义运动学参数以及标准工件的实际半径代入已经建立的关系方程中，求解该关系方程，则可以计算得到标定机器人的实际运动学参数。
可选地，如图4所示，步骤S13包括：
S131：利用该多组轴角度值和标定机器人的名义运动学参数，计算得到每组轴角度值对应的末端执行器与标准工件表面的接触点理论位置。
机器人运动学正解指的是已知机器人各轴角度，利用机器人的名义运动学参数(即名义DH参数)，求解机器人法兰中心在笛卡尔空间机器人基坐标系下的位姿的过程。当法兰上安装有末端执行器时，只需要对求解出的法兰中心在机器人基坐标系下的位姿进行简单的坐标转换即可以得到末端执行器在机器人基坐标系下的位姿。因此，利用获取的标定机器人的多组轴角度值和名义DH参数，根据机器人运动学正解，可以计算得到每组轴角度值对应的标定机器人末端执行器的工具中心点(即TCP点)在机器人基坐标系下的位姿。由于计算过程中采用的是名义DH参数，因此计算得到的TCP点在机器人基坐标系下的位姿是末端执行器与标准工件表面的接触点在机器人基坐标系下的理论位姿，从该理论位姿可以得到末端执行器与标准工件表面的接触点在机器人基坐标系下的理论位置。
具体地，当获取的标定机器人的多组轴角度值包括n个标准工件位姿对应的n*m组标定机器人各轴的角度时，可以根据机器人运动学正解，计算得到n组接触点的理论位置，每个标准工件位姿对应一组接触点的理论位置，每组接触点的理论位置包括m个接触点的理论位置，其中该接触点的理论位置是接触点在机器人基坐标系下的理论位置。
S132：利用多组接触点理论位置，拟合得到每组接触点理论位置对应的标准工件的拟合半径。
具体地，当标准工件是标准球工件时，利用计算得到的多组接触点的理论位置，采用球面拟合算法可以拟合得到每组接触点的理论位置对应的标准工件的拟合半径，一组接触点的理论位置可以拟合得到一个标准工件的拟合半径。
S133：根据该拟合半径以及实际半径之间的拟合半径误差计算实际运动学参数。
其中，标准工件的实际半径在选择使用的标准工件后即可以预先得到，利用该拟合半径和实际半径之间的差，则可以得到拟合半径误差。
由于拟合采用的原始数据是接触点的理论位置，而接触点的理论位置是采用名义DH参数计算得到的，因此拟合得到的拟合半径与实际半径之间的拟合误差与DH参数误差之间存在对应关系，利用该对应关系，则可以计算得到该DH参数误差，即实际运动学参数(实际DH参数)与名义运动学参数(名义DH参数)之间的运动学参数误差。然后，由于标定机器人的名义DH参数可以事先得到，利用该名义DH参数叠加该运动学参数误差，则可以得到标定机器人的实际DH参数。
本实施例中，利用法兰上安装有标准工件的参考机器人辅助标定，标定工具简单，效率高，且在标定时，只需一次输入标定机器人和参考机器人的运动指令，标定过程中标定机器人和参考机器人即可以自动运动和计算，无需人工干预，所以标定自动化程度高，适用于机器人生产过程中大批量的标定需求。
如图5所示，本申请机器人运动学参数自标定方法第二实施例是在本申请机器人运动学参数自标定方法第一实施例的基础上，进一步限定步骤S133之前，包括：
S201：建立接触点的位置误差与运动学参数误差之间的第一线性关系方程。
其中，由于接触点的理论位置是利用名义运动学参数计算得到的，因此接触点的位置误差是由于运动学参数误差导致的，可以建立接触点和位置误差与运动学参数误差之间的第一线性关系方程。
由于线性关系方程可以采用矩阵等式进行表达，求解矩阵等式即可以方便快捷地求解出线性关系方程的解，因此，如图6所示，步骤S201可以包括：
S2011：将接触点的理论位置和实际位置的差作为元素，建立接触点的位置的误差矩阵。
其中，接触点的理论位置是接触点在机器人基坐标系下的理论位置，接触点的实际位置是接触点在机器人基坐标系下的实际位置。
根据机器人的正解Pij＝f(qij,DHn)，其中Pij为机器人末端执行器的位置，qij为机器人各轴的角度，DHn为名义DH参数。利用记录得到的标定机器人多组各轴角度值，可以得到在名义DH参数DHn下，标定机器人的末端执行器与标准工件表面的接触点的理论位置pi′j。假设接触点的实际位置为pij，则该接触点的理论位置pi′j和实际位置pij的差为Δpij＝pi′j-pij，然后，将接触点的理论位置和实际位置的差作为元素，则可以建立接触点的位置的误差矩阵Δp＝(Δp11…Δpnm)T，其中n为记录标定机器人各轴的角度时采用的标准工件的n个位姿，标准工件的每个位姿对应标定机器人各轴的角度的m个记录位置。
S2012：将名义运动学参数和实际运动学参数的差作为元素，建立运动学参数的误差矩阵。
假设实际DH参数为DHa，获取的标定机器人的名义DH参数为DHn，由于机器人的DH参数有多个，因此DHa和DHn均可以采用矩阵方式表示，可以建立标定机器人的运动学参数的误差矩阵ΔDH＝DHn-DHa。
S2013：获取接触点的理论位置关于运动学参数的第一雅格比矩阵。
具体地，雅各比矩阵是由一阶导数构成的矩阵，则接触点的理论位置关于运动学参数的第一雅格比矩阵JDH可以表示如下：
Figure BDA0002667481380000091
其中，k为可辨识的DH参数个数，其具体取值与标定机器人的轴数相关。本实施例中采用六轴串联机器人时，由于第一轴的四个相关参数不可辨识，k可以等于20。x11……znm是利用记录的轴角度值通过名义DH参数正解后得到的接触点的理论位置的坐标；DH1……DHk是名义DH参数。
S2014：建立如下公式(1)所示的第一线性关系方程：
Δp＝JDHΔDH (1)
具体地，根据机器人的运动学原理，可以推导出DH参数误差和接触点的位置误差存在如上述公式(1)所示的近似线性关系。其中，Δp表示接触点的位置的误差矩阵，JDH表示第一雅格比矩阵，ΔDH表示运动学参数的误差矩阵。
S202：建立标准工件的拟合半径误差与接触点的位置误差之间的第二线性关系方程。
其中，由于标准工件的拟合半径是利用接触点的理论位置拟合得到的，因此标准工件的拟合半径误差是由于接触点的位置误差导致的，可以建立标准工件的拟合半径误差与接触点的位置误差之间的第二线性关系方程。
由于线性关系方程可以采用矩阵等式进行表达，求解矩阵等式即可以方便快捷地求解出线性关系方程的解，因此，如图6所示，步骤S202可以包括：
S2021：将标准工件的拟合半径与实际半径之差作为元素，建立标准工件的拟合半径误差矩阵。
具体地，当标准工件采用标准球工件时，利用多组接触点的理论位置进行球面拟合，即可以得到多个该标准工件的拟合半径ri，而该标准工件的实际半径r在选取标准工件时即可以预先得到，则将多组拟合半径ri和实际半径r之差Δri＝ri-r作为元素，可以建立标准工件的拟合半径误差矩阵Δr＝(Δr1…Δrn)T，n为记录标定机器人各轴的角度时采用的标准工件的n个位姿。
S2022：获取标准工件的拟合半径关于接触点的理论位置的第二雅格比矩阵。
具体地，雅各比矩阵是由一阶导数构成的矩阵，则标准工件的拟合半径关于接触点的理论位置的第二雅格比矩阵Jp可以表示如下：
Figure BDA0002667481380000101
其中，r1……rn是拟合得到的拟合半径；x11……znm是利用记录的n*m组轴角度值通过名义DH参数正解后得到的接触点的理论位置的坐标。
S2023：建立如下公式(2)所示的第二线性关系方程：
Δr＝JpΔp (2)
具体地，可以推导出拟合半径误差和接触点的位置误差存在如上述公式(2)所示的近似线性关系。其中，Δr表示标准工件的拟合半径误差矩阵，Jp表示第二雅格比矩阵，Δp表示接触点的位置的误差矩阵。
S203：结合第一线性关系方程和第二线性关系方程，建立该拟合半径误差与运动学参数误差之间的第三线性关系方程。
具体地，由于拟合半径误差可以计算得到，且拟合半径误差与接触点的位置误差之间存在第二线性关系方程，而接触点的位置误差与运动学参数误差之间存在第一线性关系方程，因此结合第一线性关系方程和第二线性关系方程，可以建立该拟合半径误差与运动学参数误差之间的第三线性关系方程。
可选地，当第一线性关系方程为上述公式(1)，第二线性关系方程为上述公式(2)时，如图6所示，步骤S203包括：
S2031：将第一线性关系方程代入第二线性关系方程，得到如下公式(3)所示的第三线性关系方程：
Δr＝JΔDH (3)
其中，J＝JpJDH。
其中，上述步骤S201～S203只需要执行一次，其执行过程只需要在步骤S133之前即可，得到该第三线性关系方程后，只需要将对应数据代入即可以计算出所需的参数。
继续参阅图5，步骤S133具体包括：
S204：将拟合半径误差代入该第三线性关系方程中，求解该第三线性关系方程，以得到标定机器人的实际运动学参数。
当得到该第三线性关系方程和拟合半径误差后，则可以将拟合半径误差代入该第三线性关系方程中，求解该第三线性关系方程，则可以计算得到标定机器人的运动学参数误差。然后，由于标定机器人的名义运动学参数可以事先得到，利用该名义运动学参数叠加该运动学参数误差，则可以得到标定机器人的实际运动学参数。
其中，当参数较多时，线性方程利用矩阵运算可以方便快速地求解，因此，如图6所示，步骤S204可以包括：
S2041：求解第三线性关系方程，得到标定机器人的运动学参数的误差矩阵。
其中，该标定机器人的运动学参数的误差矩阵为标定机器人的名义DH参数和实际DH参数的误差形成的矩阵。
S2042：将标定机器人的名义运动学参数和运动学参数的误差矩阵叠加，得到标定机器人的实际运动学参数。
具体地，该第三线性关系方程可以采用如公式(3)所示的矩阵等式，此时，利用矩阵逆运算，则可以得到该第三线性关系方程的解，即可以得到标定机器人的运动学参数的误差矩阵，然后，根据该运动学参数的误差矩阵与标定机器人的名义运动学参数进行运算，则可以得到标定机器人的实际运动学参数。
本实施例中，预先建立拟合半径误差与运动学参数误差之间的第三线性关系方程之后，只需要在得到拟合半径误差后，将该拟合半径误差代入该第三线性关系方程，利用矩阵逆运算，则可以简单快捷地计算得到该标定机器人的实际运动学参数。
如图7所示，本申请机器人运动学参数自标定***第一实施例包括：标定机器人A和参考机器人B。
其中，标定机器人A的法兰安装有末端执行器10，参考机器人B的法兰安装有标准工件20。
该参考机器人B用于改变标准工件20的位姿。
该标定机器人A用于执行指令以实现本申请机器人运动学参数自标定方法第一或第二实施例所提供的方法。
其中，标定的运动学参数个数与标定机器人A的类型相关。本实施例中，该标定机器人A可以选用六轴串联机器人。
为了使得标定机器人A可以接触到标准工件20表面201的不同位置，该标定机器人A和参考机器人B相对设置，从而使得标定机器人A和参考机器人B的灵巧工作空间有较大的重合，也就是使得二者机械臂的移动空间重合度较大，例如重合度达到至少60％。
为了满足标定精度的要求，该标定机器人A的末端执行器10可以选用重复精度小于或等于1um的机床测头，该标准工件20可以选用有较高的球面度和表面光滑度的三坐标检具标准球。
本实施例的机器人运动学参数自标定***中，利用法兰上安装有标准工件的参考机器人辅助标定，标定工具简单，效率高，且在标定时，只需一次输入标定机器人和参考机器人的运动指令，标定过程中标定机器人和参考机器人即可以自动运动和计算，无需人工干预，所以标定自动化程度高，适用于机器人生产过程中大批量的标定需求。
如图8所示，本申请机器人运动学参数自标定***第二实施例的结构与本申请机器人运动学参数自标定***第一实施例的结构类似，不同之处在于，进一步包括：控制装置C，连接标定机器人A和参考机器人B，用于控制标定机器人A和参考机器人B的运动。
其中，该控制装置C可以是计算机、后台服务器或总控制器等控制设备，其可以向标定机器人A和参考机器人B输出控制指令，控制标定机器人A和参考机器人B的运动。
此外，该控制装置C还可以存储标定机器人A和参考机器人B的运动数据，如各轴的角度值等。该控制装置C还可以接收用户或控制人员的操控指令，以根据该操控指令控制标定机器人A和参考机器人B的运动。
如图9所示，本申请存储装置一实施例中，存储装置90内部存储有程序文件901，该程序文件901被执行可实现如本申请机器人运动学参数自标定方法第一或第二实施例所提供的方法。
其中，该存储装置90可以是便携式存储介质如U盘、光盘，也可以是其他存储设备如硬盘等，还可以是服务器、移动终端、机器人或可集成于上述设备中的独立部件，例如主控芯片等。
本实施例中，存储装置中存储的程序被执行时，利用法兰上安装有标准工件的参考机器人辅助标定，标定工具简单，效率高，且在标定时，只需一次输入标定机器人和参考机器人的运动指令，标定过程中标定机器人和参考机器人即可以自动运动和计算，无需人工干预，所以标定自动化程度高，适用于机器人生产过程中大批量的标定需求。
以上所述仅为本申请的实施方式，并非因此限制本申请的专利范围，凡是利用本申请说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本申请的专利保护范围内。

Claims (20)

1.一种机器人运动学参数自标定方法，其特征在于，包括：
标定机器人将末端执行器多次接触标准工件表面，并记录每次接触时所述标定机器人各轴的角度，所述标准工件安装于参考机器人的法兰；
所述参考机器人改变所述标准工件的位姿，所述标定机器人重复执行以所述末端执行器多次接触标准工件表面，并记录每次接触时所述标定机器人各轴的角度的步骤，以获取所述标定机器人的多组轴角度值；
利用所述多组轴角度值、所述标定机器人的名义运动学参数以及所述标准工件的实际半径，得到所述标定机器人的实际运动学参数。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述标定机器人的末端执行器多次接触标准工件表面，并记录每次接触时所述标定机器人各轴的角度包括：
所述标定机器人的末端执行器以不同姿态接触所述标准工件表面的不同位置m次，并记录每次接触时所述标定机器人各轴的角度。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述参考机器人改变所述标准工件的位姿，所述标定机器人重复执行以所述末端执行器多次接触标准工件表面，并记录每次接触时所述标定机器人各轴的角度的步骤，以获取所述标定机器人的多组轴角度值包括：
所述参考机器人改变所述标准工件的位姿n-1次；
每改变一次所述标准工件的位姿，所述标定机器人将末端执行器以不同姿态接触所述标准工件表面的不同位置，并记录每次接触时所述标定机器人各轴的角度，以得到m*n组所述标定机器人各轴的角度。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述利用所述多组轴角度值、所述标定机器人的名义运动学参数以及所述标准工件的实际半径，得到所述标定机器人的实际运动学参数包括：
利用所述多组轴角度值和所述标定机器人的名义运动学参数，计算得到每组所述轴角度值对应的所述末端执行器与所述标准工件表面的接触点理论位置，其中在所述标准工件的同一位姿下记录得到的所述标定机器人各轴的角度形成一组所述轴角度值；
利用多组所述接触点理论位置，拟合得到每组所述接触点理论位置对应的所述标准工件的拟合半径，其中以一组所述轴角度值计算得到的多个所述接触点理论位置为一组所述接触点理论位置；
根据所述拟合半径以及实际半径之间的拟合半径误差计算所述实际运动学参数。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，
所述根据所述拟合半径以及实际半径之间的拟合半径误差计算所述实际运动学参数之前，包括：
建立所述接触点的位置误差与运动学参数误差之间的第一线性关系方程，其中所述运动学参数误差为所述实际运动学参数与所述名义运动学参数之间的误差；
建立所述拟合半径误差与所述接触点的位置误差之间的第二线性关系方程；
结合所述第一线性关系方程和所述第二线性关系方程，建立所述拟合半径误差与所述运动学参数误差之间的第三线性关系方程；
所述根据所述拟合半径以及实际半径之间的拟合半径误差计算所述实际运动学参数包括：
将所述拟合半径误差代入所述第三线性关系方程中，求解所述第三线性关系方程，以得到所述标定机器人的实际运动学参数。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述建立所述接触点的位置误差与运动学参数误差之间的第一线性关系方程包括：
将所述接触点的理论位置和实际位置的差作为元素，建立所述接触点的位置的误差矩阵；
将所述名义运动学参数和所述实际运动学参数的差作为元素，建立所述运动学参数的误差矩阵；
获取所述接触点的理论位置关于所述运动学参数的第一雅格比矩阵；
建立如下公式所示的所述第一线性关系方程：
Δp＝JDHΔDH；
其中，Δp表示所述接触点的位置的误差矩阵，JDH表示所述第一雅格比矩阵，ΔDH表示所述运动学参数的误差矩阵。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述建立所述标准工件的拟合半径误差与所述接触点的位置误差之间的第二线性关系方程包括：
将所述标准工件的拟合半径与所述实际半径之差作为元素，建立所述标准工件的拟合半径误差矩阵；
获取所述标准工件的拟合半径关于所述接触点的理论位置的第二雅格比矩阵；
建立如下公式所示的所述第二线性关系方程：
Δr＝JpΔp；
其中，Δr表示所述标准工件的拟合半径误差矩阵，Jp表示所述第二雅格比矩阵，Δp表示所述接触点的位置的误差矩阵。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述结合所述第一线性关系方程和所述第二线性关系方程，建立所述标准工件的拟合半径误差与所述运动学参数误差之间的第三线性关系方程包括：
将所述第一线性关系方程代入所述第二线性关系方程，得到如下公式所示的所述第三线性关系方程：
Δr＝JΔDH；
其中，J＝JpJDH。
9.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述求解所述第三线性关系方程，以得到所述标定机器人的实际运动学参数包括：
求解所述第三线性关系方程，得到所述标定机器人的运动学参数的误差矩阵；
将所述标定机器人的名义运动学参数和所述运动学参数的误差矩阵叠加，得到所述标定机器人的实际运动学参数。
10.根据权利要求1-9任一项所述的方法，其特征在于，所述标定机器人和所述参考机器人相对设置。
11.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述标定机器人为六轴串联机器人，所述m的取值大于4。
12.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述标定机器人为六轴串联机器人，所述n的取值大于20。
13.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述标准工件为三坐标检具标准球。
14.一种机器人运动学参数自标定***，其特征在于，包括：标定机器人和参考机器人；
所述标定机器人的法兰安装有末端执行器，所述参考机器人的法兰安装有标准工件；
所述参考机器人用于改变所述标准工件的位姿；
所述标定机器人用于执行指令以实现如权利要求1-13任一项所述的机器人运动学参数自标定方法。
15.根据权利要求14所述的***，其特征在于，所述标定机器人和所述参考机器人相对设置。
16.根据权利要求14所述的***，其特征在于，所述标定机器人的末端执行器为重复精度小于或等于1um的机床测头。
17.根据权利要求14所述的***，其特征在于，所述标准工件为三坐标检具标准球。
18.根据权利要求14所述的***，其特征在于，进一步包括：控制装置，连接所述标定机器人和所述参考机器人，用于控制所述标定机器人和所述参考机器人的运动。
19.根据权利要求14所述的***，其特征在于，所述标定机器人为六轴串联机器人。
20.一种存储装置，内部存储有程序文件，其特征在于，所述程序文件被执行以实现如权利要求1-13任一项所述的机器人运动学参数自标定方法。
CN201980017461.0A 2019-05-24 2019-05-24 机器人运动学参数自标定方法、***及存储装置 Active CN112105484B (zh)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PCT/CN2019/088251 WO2020237407A1 (zh) 2019-05-24 2019-05-24 机器人运动学参数自标定方法、***及存储装置

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN112105484A true CN112105484A (zh) 2020-12-18
CN112105484B CN112105484B (zh) 2023-05-05

Family

ID=73553338

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201980017461.0A Active CN112105484B (zh) 2019-05-24 2019-05-24 机器人运动学参数自标定方法、***及存储装置

Country Status (2)

Country Link
CN (1) CN112105484B (zh)
WO (1) WO2020237407A1 (zh)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113459094A (zh) * 2021-06-23 2021-10-01 佛山智能装备技术研究院 一种工业机器人工具坐标系及零点自标定方法
CN113793391A (zh) * 2021-09-03 2021-12-14 苏州汇川控制技术有限公司 多轴运动***实际运动学变换关系建立方法、装置和终端设备
CN114115013A (zh) * 2021-11-19 2022-03-01 深圳市汇川技术股份有限公司 机器人电机的控制方法、终端设备以及存储介质
DE102021128336A1 (de) 2021-10-29 2023-05-04 Carl Zeiss Industrielle Messtechnik Gmbh System und Verfahren zum Kalibrieren und/oder Regeln einer beweglichen Mehrgelenkkinematik

Families Citing this family (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112509064B (zh) * 2020-12-22 2024-06-04 阿波罗智联(北京)科技有限公司 显示摄像机标定进度的方法、装置、设备和存储介质
CN114018286A (zh) * 2021-11-04 2022-02-08 南京理工大学 一种用于微惯性测量单元的全自动/手动批量标定***和方法
CN114536324B (zh) * 2022-01-11 2023-11-07 重庆智能机器人研究院 一种工业机器人自动工具工件标定方法
CN114310906B (zh) * 2022-01-24 2024-03-08 武汉惟景三维科技有限公司 一种双机器人自动测量、划线***中的坐标转换方法
CN115946123B (zh) * 2023-01-16 2023-10-31 佛山智能装备技术研究院 工业机器人多工具中心点及零点标定方法
CN116787443B (zh) * 2023-07-26 2023-11-21 中国科学院宁波材料技术与工程研究所 基于单位对偶四元数的并联机构运动学标定方法和***
CN117047789B (zh) * 2023-10-13 2024-01-23 北京壹点灵动科技有限公司 机器人参数的标定方法、装置、电子设备及存储介质
CN117349990B (zh) * 2023-12-05 2024-02-13 武汉科技大学 一种机器人快速标定的方法及***

Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102006038064A1 (de) * 2006-08-16 2008-02-28 Siemens Ag Verfahren zur Bestimmung der Position des Drehzentrums und/oder der Orientierung einer Rundachse einer Maschine
CN102226677A (zh) * 2011-01-26 2011-10-26 东南大学 具有协作关系的多机器人***的基坐标系标定方法
US20160221189A1 (en) * 2013-08-27 2016-08-04 Cognibotics Ab Method and system for determination of at least one property of a manipulator
CN107042528A (zh) * 2017-06-01 2017-08-15 中国科学院宁波材料技术与工程研究所 一种工业机器人的运动学标定***及方法
CN107995885A (zh) * 2016-11-18 2018-05-04 深圳配天智能技术研究院有限公司 一种坐标系标定方法 、***及装置
US20180150049A1 (en) * 2016-11-29 2018-05-31 Mikron Agie Charmilles Ag Kinematic calibration
CN109571471A (zh) * 2018-12-03 2019-04-05 宇环数控机床股份有限公司 一种用于双机器人相对空间位置标定的方法
CN109676636A (zh) * 2019-03-06 2019-04-26 南京航空航天大学 一种工业机器人运动学标定***及标定方法

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4725965A (en) * 1986-07-23 1988-02-16 American Telephone And Telegraph Company Method for calibrating a SCARA robot
CN102022989B (zh) * 2010-09-29 2012-03-21 山东科技大学 一种基于指数积模型的机器人标定方法
CN103968761A (zh) * 2014-05-28 2014-08-06 中科华赫（北京）科技有限责任公司 串联关节式机器人绝对定位误差校准方法及标定***
CN105666490B (zh) * 2016-01-12 2018-06-15 昆明理工大学 一种机器人的标定***及方法
CN108346165B (zh) * 2018-01-30 2020-10-30 深圳市易尚展示股份有限公司 机器人与三维传感组件联合标定方法与装置
CN108972543B (zh) * 2018-06-21 2021-05-04 南京旭上数控技术有限公司 自动高精度非接触式机器人tcp标定方法

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102006038064A1 (de) * 2006-08-16 2008-02-28 Siemens Ag Verfahren zur Bestimmung der Position des Drehzentrums und/oder der Orientierung einer Rundachse einer Maschine
CN102226677A (zh) * 2011-01-26 2011-10-26 东南大学 具有协作关系的多机器人***的基坐标系标定方法
US20160221189A1 (en) * 2013-08-27 2016-08-04 Cognibotics Ab Method and system for determination of at least one property of a manipulator
CN107995885A (zh) * 2016-11-18 2018-05-04 深圳配天智能技术研究院有限公司 一种坐标系标定方法 、***及装置
US20180150049A1 (en) * 2016-11-29 2018-05-31 Mikron Agie Charmilles Ag Kinematic calibration
CN107042528A (zh) * 2017-06-01 2017-08-15 中国科学院宁波材料技术与工程研究所 一种工业机器人的运动学标定***及方法
CN109571471A (zh) * 2018-12-03 2019-04-05 宇环数控机床股份有限公司 一种用于双机器人相对空间位置标定的方法
CN109676636A (zh) * 2019-03-06 2019-04-26 南京航空航天大学 一种工业机器人运动学标定***及标定方法

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113459094A (zh) * 2021-06-23 2021-10-01 佛山智能装备技术研究院 一种工业机器人工具坐标系及零点自标定方法
CN113459094B (zh) * 2021-06-23 2022-06-14 佛山智能装备技术研究院 一种工业机器人工具坐标系及零点自标定方法
CN113793391A (zh) * 2021-09-03 2021-12-14 苏州汇川控制技术有限公司 多轴运动***实际运动学变换关系建立方法、装置和终端设备
DE102021128336A1 (de) 2021-10-29 2023-05-04 Carl Zeiss Industrielle Messtechnik Gmbh System und Verfahren zum Kalibrieren und/oder Regeln einer beweglichen Mehrgelenkkinematik
CN114115013A (zh) * 2021-11-19 2022-03-01 深圳市汇川技术股份有限公司 机器人电机的控制方法、终端设备以及存储介质

Also Published As

Publication number Publication date
WO2020237407A1 (zh) 2020-12-03
CN112105484B (zh) 2023-05-05

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN112105484B (zh) 机器人运动学参数自标定方法、***及存储装置
CN108748159B (zh) 一种机械臂工具坐标系自标定方法
CN110193829B (zh) 一种耦合运动学与刚度参数辨识的机器人精度控制方法
Joubair et al. Non-kinematic calibration of a six-axis serial robot using planar constraints
Conrad et al. Robotic calibration issues: Accuracy, repeatability and calibration
Ziegert et al. Basic considerations for robot calibration
US7756608B2 (en) System for calibration of an industrial robot and a method thereof
WO2018196232A1 (zh) 机器人和末端执行器的自动标定方法及***
US11679507B2 (en) Robotic structure calibrations
KR101797122B1 (ko) 이동형 3차원 좌표 측정기(cmm)의 에러 측정 및 보상 방법
Masory et al. Kinematic modeling and calibration of a Stewart platform
US20220105640A1 (en) Method Of Calibrating A Tool Of An Industrial Robot, Control System And Industrial Robot
CN111216164A (zh) 一种机器人在线校准方法、***、存储介质及校准设备
Gaudreault et al. Local and closed-loop calibration of an industrial serial robot using a new low-cost 3D measuring device
TWI754888B (zh) 校準方法及校準系統
CN114654466B (zh) 自动标定方法、装置、***、电子设备及存储介质
CN114147726A (zh) 一种几何误差与非几何误差相结合的机器人标定方法
CN112902898B (zh) 三维测量装置及所适用的机械手臂的校正方法
Guo et al. A distance calibration method for kinematic parameters of serial industrial robots considering the accuracy of relative position
CN111390914A (zh) 一种机器人零位和工具坐标标定方法
Yang et al. Self-calibration of three-legged modular reconfigurable parallel robots based on leg-end distance errors
CN112476435B (zh) 重力加速度方向的标定方法、标定装置及存储介质
RU2671787C1 (ru) Способ повышения точности позиционирования промышленного робота
CN113878586B (zh) 机器人运动学标定装置、方法及***
TWI710441B (zh) 機器手臂的座標校正方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant