【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及工業機器人標定領域，具體涉及一種用于零軸與多自由度機器人的同步標定系統及方法。
技術介紹
1、在現代工業制造中，多自由度機器人常用于復雜的操作任務，通過添加零軸擴展工作范圍，廣泛用于焊接、裝配、搬運等任務。然而，由于零軸和多自由度機器人之間復雜的運動學特性，以及大范圍操作環境的多樣性，系統的誤差標定成為影響操作精度的關鍵因素。研究表明位姿誤差模型相對其他兩種誤差模型更加完備，參數的辨識結果精度相對較高。現有的誤差標定方法主要依賴于單一類型傳感器，或將多自由度機器人與零軸分別獨立進行標定，這種方式通常忽視了零軸與多自由度機器人間復雜的相互依賴性，從而無法準確描述系統的全局誤差模型。為解決這些問題，有必要開發一種創新的同步誤差模型和參數辨識方法，該方法能將多自由度機器人與零軸結合起來，通過視覺測量誤差的持續反饋，不斷修正和優化dh模型中的參數，使其更適應復雜的操作環境，進而大幅提升系統的標定精度，滿足現代工業制造中的需求。
技術實現思路
1、本專利技術針對現有技術中的不足，提供一種用于零軸與多自由度機器人的同步標定系統及方法。
2、為實現上述目的，本專利技術采用以下技術方案：
3、一種用于零軸與多自由度機器人的同步標定系統，包括多自由度機器人、零軸、激光跟蹤儀、靶球和靶球轉接板；零軸包括導軌支架、平移滑臺和伺服電機；多自由度機器人安裝在平移滑臺上，在伺服電機的驅動下跟隨平移滑臺同步運動；靶球轉接板裝在多自由機器人的末端；靶球通過靶球轉接板與多自由機
4、在零軸的一側安裝限位開關，零軸上的平移滑臺移動到該位置時觸發限位開關，限位開關的位置為零軸的零位，通過激光跟蹤儀和靶球對零軸和多自由度機器人的實際位姿進行測量。
5、本專利技術還提出一種基于同步標定系統的用于零軸與多自由度機器人的同步標定方法，包括以下步驟：
6、步驟1、建立世界坐標系；
7、步驟2、建立多自由度機器人的基坐標系；
8、步驟3、建立機器人末端坐標系；
9、步驟4、建立工具坐標系；
10、步驟5、將多自由度機器人處于初始位姿不變，移動平移滑臺，由伺服電機的編碼器讀取多自由度機器人在零軸上平移運動時的任意50個平移關節在世界坐標系下的理論位姿點，記作p11-p150，使用激光跟蹤儀測量世界坐標系wxyz0下用于計算平移關節誤差的多自由度機器人末端靶球的空間位置，得到靶球球心的50個實際坐標點p21-p250；
11、步驟6、將平移滑臺移動到零軸的零位并固定，讀取多自由度機器人在運動空間的任意50個機器人末端在基坐標系下的理論位姿點，記作p151-p1100，使用激光跟蹤儀測量在世界坐標系wxyz0下用于計算旋轉關節誤差的多自由度機器人末端靶球的空間位置，得到靶球球心的50個實際坐標點p251-p2100；
12、步驟7、在世界坐標系wxyz0中，利用機器人末端坐標系wxyz2和工具坐標系wxyz3之間的轉換矩陣h1將用于計算平移關節誤差的靶球球心的50個實際坐標點p21-p250轉換成世界坐標系wxyz0中用于計算平移關節誤差的機器人末端實際位姿點pt1-pt50，將用于計算旋轉關節誤差的靶球球心的50個實際坐標點p251-p2100轉換成世界坐標系wxyz0中用于計算旋轉關節誤差的機器人末端實際位姿點pt51-pt100；
13、步驟8、在世界坐標系wxyz0中，將平移關節在世界坐標系下的理論位姿點p11-p150轉換成在世界坐標系中的用于計算平移關節誤差的機器人末端理論位姿點pn1-pn50；
14、將機器人末端在基坐標系下的理論位姿點p151-p1100轉換到世界坐標系wxyz0中，得到世界坐標系wxyz0下用于計算旋轉關節誤差的機器人末端理論位姿點pn51-pn100；
15、步驟9、將用于計算平移關節誤差的機器人末端實際位姿點pt1-pt50與機器人末端理論位姿點pn1-pn50依次作差得到平移關節的50組位置誤差；
16、基于用于計算旋轉關節誤差的機器人末端理論位姿點pn51-pn100和實際位姿點pt51-pt100得到旋轉關節的50組位置誤差和姿態誤差；
17、步驟10、建立多自由度機器人的微分運動學模型；
18、步驟11、利用平移關節的50組位置誤差和旋轉關節的50組位置誤差和姿態誤差對微分運動學模型進行遞歸最小二乘法更新，直到微分運動學模型的誤差參數收斂到一個穩定值，得到平移關節的位置誤差、機器人旋轉關節的位置誤差和姿態誤差，利用這些誤差參數，在控制多自由度機器人過程中實時補償各關節的誤差。
19、為優化上述技術方案，采取的具體措施還包括：
20、進一步地，步驟1具體為：
21、使平移滑臺位于零軸的零位，更換靶球的位置四次，使用激光跟蹤儀讀出靶球的球心坐標pj1-pj4，使用pj1-pj4四個點擬合出世界坐標系的xy平面oj，再將pj1-pj4四個點擬合成圓周cj，得到圓周cj的圓心pj，將圓心pj，投影到平面oj得到點pj'，將點pj'作為世界坐標系的原點，平移滑臺從零位向另一側運動的方向作為世界坐標系的+x軸方向，xy平面oj的法向量為+z軸方向；最終得到世界坐標系wxyz0。
22、進一步地，步驟2具體為：
23、將平移滑臺移動到零軸上的零位處，并將多自由度機器人調整至初始位姿，機器人固定安裝在平移滑臺上，以平移滑臺作為機器人的基座，將靶球放置在多自由機器人的基座上，并讀出此時靶球球心的空間坐標，更換靶球的位置并重復以上操作共4次，將讀出的4個坐標標記為pxy1-pxy4，使用pxy1-pxy4四點進行擬合得到多自由度機器人的基坐標系的xy平面oxy；
24、將靶球通過靶球轉接板固定安裝在多自由度機器人末端，將平移滑臺移動至零位后固定不動，將多自由度機器人調整至初始位姿，僅轉動一軸的角度，使用激光跟蹤儀讀出此時靶球球心的空間坐標，調整一軸的轉動角度并重復以上操作4次，將讀出的坐標記作pz1-pz4，將pz1-pz4四點擬合得到圓周cz并創建圓心pz，將圓心pz投影到機器人基坐標系的xy平面oxy上得到投影點pz′作為多自由度機器人的基坐標系的原點；
25、將多自由度機器人處于零位，僅轉動二軸的角度，使用激光跟蹤儀讀出此時靶球球心的空間坐標，調整二軸的轉動角度并重復以上操作共4次，將讀出的靶球的球心坐標記作pxz1-pxz4，將pxz1-pxz4四個點擬合成多自由度機器人的基坐標系的xz平面oxz；
26、基坐標系的xy平面oxy的法線向量為z軸，基坐標系的xz平面oxz的法線向量為y軸，與基坐標系的原點pz′組成基坐標系wxyz1。
27、進一步地，步驟3具體為：
28、將多自由度機器人調至初始位姿，使用激光跟蹤儀讀出多自由度機器人末端法蘭的空間位置，更換靶球的位置并重復以上操作共4次，測本文檔來自技高網...
【技術保護點】
1.一種用于零軸與多自由度機器人的同步標定系統，其特征在于，包括多自由度機器人、零軸、激光跟蹤儀、靶球和靶球轉接板；零軸包括導軌支架、平移滑臺和伺服電機；多自由度機器人安裝在平移滑臺上，在伺服電機的驅動下跟隨平移滑臺同步運動；靶球轉接板裝在多自由機器人的末端；靶球通過靶球轉接板與多自由機器人的末端可拆卸連接；
2.一種基于權利要求1所述同步標定系統的用于零軸與多自由度機器人的同步標定方法，其特征在于，包括以下步驟：
3.如權利要求2所述的用于零軸與多自由度機器人的同步標定方法，其特征在于，步驟1具體為：
4.如權利要求2所述的用于零軸與多自由度機器人的同步標定方法，其特征在于，步驟2具體為：
5.如權利要求2所述的用于零軸與多自由度機器人的同步標定方法，其特征在于，步驟3具體為：
6.如權利要求2所述的用于零軸與多自由度機器人的同步標定方法，其特征在于，步驟4具體為：
7.如權利要求2所述的用于零軸與多自由度機器人的同步標定方法，其特征在于，步驟10中，所述多自由度機器人的微分運動學模型具體為：
9.如權利要求2所述的用于零軸與多自由度機器人的同步標定方法，其特征在于，步驟8中，所述將平移關節在世界坐標系下的理論位姿點P11-P150轉換成在世界坐標系中的用于計算平移關節誤差的機器人末端理論位姿點PN1-PN50具體為：
10.如權利要求2所述的用于零軸與多自由度機器人的同步標定方法，其特征在于，步驟8中，所述將機器人末端在基坐標系下的理論位姿點P151-P1100轉換到世界坐標系Wxyz0中具體為：
...【技術特征摘要】
1.一種用于零軸與多自由度機器人的同步標定系統，其特征在于，包括多自由度機器人、零軸、激光跟蹤儀、靶球和靶球轉接板；零軸包括導軌支架、平移滑臺和伺服電機；多自由度機器人安裝在平移滑臺上，在伺服電機的驅動下跟隨平移滑臺同步運動；靶球轉接板裝在多自由機器人的末端；靶球通過靶球轉接板與多自由機器人的末端可拆卸連接；
2.一種基于權利要求1所述同步標定系統的用于零軸與多自由度機器人的同步標定方法，其特征在于，包括以下步驟：
3.如權利要求2所述的用于零軸與多自由度機器人的同步標定方法，其特征在于，步驟1具體為：
4.如權利要求2所述的用于零軸與多自由度機器人的同步標定方法，其特征在于，步驟2具體為：
5.如權利要求2所述的用于零軸與多自由度機器人的同步標定方法，其特征在于，步驟3具體為：
6.如權利要求2所述的用于零軸與多自由度機器人的同步標定方法，其特...
【專利技術屬性】
技術研發人員：徐思敏，喬貴方，田磊，張明宇，張穎，王保升，
申請(專利權)人：南京工程學院，
類型：發明
國別省市：
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