本技術(shù)屬于工業(yè)機(jī)器人標(biāo)定，特別是涉及一種多自由度機(jī)械臂的運(yùn)動學(xué)參數(shù)標(biāo)定方法。

背景技術(shù)：

1、目前，六軸工業(yè)機(jī)器人一般具有較高的重復(fù)定位精度但絕對定位精度較差，這嚴(yán)重限制了它在精度要求較高領(lǐng)域的應(yīng)用。影響精度的因素是多方面的，按誤差來源可分為兩類，其一是幾何參數(shù)誤差，指的是機(jī)器人的幾何參數(shù)，如連桿長度、偏置、扭轉(zhuǎn)角度等參數(shù)的實(shí)際值與理論值不一致導(dǎo)致的誤差；其二是非幾何參數(shù)誤差，指的是除幾何參數(shù)誤差外其他因素導(dǎo)致的誤差，如負(fù)載和自重引起的柔性變形誤差、溫濕度變化引起的誤差、摩擦引起的誤差等。

2、研究顯示，由幾何參數(shù)偏差所導(dǎo)致的機(jī)器人定位誤差占比達(dá)到機(jī)器人總誤差的85％，目前常用的減小幾何參數(shù)誤差的方法是運(yùn)動學(xué)參數(shù)辨識，即通過運(yùn)動學(xué)建模和誤差測量，通過最小二乘方法求解得到幾何參數(shù)的真實(shí)值。

3、如公開號為cn111055273a的中國專利文獻(xiàn)公開了一種用于機(jī)器人的兩步誤差補(bǔ)償方法，包括：(1)基于修正的d-h法和微分運(yùn)動學(xué)建立機(jī)器人定位誤差模型；(2)利用最小二乘迭代法求解出所有幾何參數(shù)誤差，并將可直接補(bǔ)償?shù)膸缀螀?shù)誤差直接補(bǔ)償?shù)綑C(jī)器人的d-h配置參數(shù)中；(3)將不可直接補(bǔ)償?shù)膸缀螀?shù)誤差轉(zhuǎn)換為關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)角補(bǔ)償值，修正機(jī)器人各個關(guān)節(jié)的轉(zhuǎn)角值，實(shí)現(xiàn)間接補(bǔ)償。

4、公開號為cn114714348a的中國專利文獻(xiàn)公開了一種工業(yè)機(jī)器人絕對定位精度提高方法，包括：步驟s1，基于mdh模型法建立工業(yè)機(jī)器人運(yùn)動學(xué)模型；步驟s2，分析各類誤差在關(guān)節(jié)空間中對末端位置誤差的影響；步驟s3，針對幾何誤差建立機(jī)器人誤差辨識模型；步驟s4，在機(jī)器人工作空間內(nèi)大量隨機(jī)采樣，記錄并計(jì)算每個采樣點(diǎn)在機(jī)器人基坐標(biāo)系下理論值與測量值；步驟s5，對步驟s4試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行關(guān)節(jié)空間分區(qū)；步驟s6，在不同的關(guān)節(jié)空間分區(qū)中分別利用阻尼迭代最小二乘法對誤差參數(shù)進(jìn)行辨識；步驟s7，基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對殘余誤差進(jìn)行擬合，輸入到控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)工業(yè)機(jī)器人絕對定位精度的提高。

5、然而在真實(shí)值與理論值差距過大時，在最小二乘法求解迭代過程中可能會出現(xiàn)陷入局部最小值的問題。同時，運(yùn)動學(xué)參數(shù)辨識需要進(jìn)行誤差建模和迭代求解，過程較為復(fù)雜。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本技術(shù)的目的之一在于提供一種多自由度機(jī)械臂的運(yùn)動學(xué)參數(shù)標(biāo)定方法，提高參數(shù)標(biāo)定的效率。

2、為實(shí)現(xiàn)上述目的及其他相關(guān)目的，本技術(shù)提供一種多自由度機(jī)器臂的運(yùn)動學(xué)參數(shù)標(biāo)定方法，包括步驟：

3、擬合第一旋轉(zhuǎn)軸軸線和第二旋轉(zhuǎn)軸軸線；

4、根據(jù)第一旋轉(zhuǎn)軸軸線和第二旋轉(zhuǎn)軸軸線建立機(jī)械臂基坐標(biāo)系；

5、擬合第三旋轉(zhuǎn)軸軸線，得到2軸連桿長度；

6、擬合第四旋轉(zhuǎn)軸軸線，得到3軸連桿長度和第四旋轉(zhuǎn)軸軸線相對第二旋轉(zhuǎn)軸軸線的偏置量；

7、擬合第五旋轉(zhuǎn)軸軸線，得到4軸連桿長度和第五旋轉(zhuǎn)軸軸線相對第四旋轉(zhuǎn)軸軸線的偏置量；

8、擬合第六旋轉(zhuǎn)軸軸線，得到5軸連桿長度和第六旋轉(zhuǎn)軸軸線相對第四旋轉(zhuǎn)軸軸線的偏置量。

9、可選地，擬合第一旋轉(zhuǎn)軸軸線和第二旋轉(zhuǎn)軸軸線；根據(jù)第一旋轉(zhuǎn)軸軸線和第二旋轉(zhuǎn)軸軸線建立機(jī)械臂基坐標(biāo)系的具體步驟包括：

10、旋轉(zhuǎn)第一旋轉(zhuǎn)座，每隔預(yù)定角度測量機(jī)器臂末端的坐標(biāo)值，對機(jī)器臂末端的坐標(biāo)值進(jìn)行圓擬合，得到第一旋轉(zhuǎn)軸軸線和第一圓心在激光跟蹤儀坐標(biāo)系上的坐標(biāo)值；

11、以第一旋轉(zhuǎn)軸軸線確定機(jī)械臂基坐標(biāo)系的第三方向；以第一圓心的坐標(biāo)值確定機(jī)械臂基坐標(biāo)系的原點(diǎn)在第一方向上和第二方向上的位置；

12、旋轉(zhuǎn)第一旋轉(zhuǎn)座至第一預(yù)定位置，每隔預(yù)定角度測量機(jī)器臂末端的坐標(biāo)值，對機(jī)器臂末端的坐標(biāo)值進(jìn)行圓擬合，得到第二旋轉(zhuǎn)軸軸線和第二圓心在激光跟蹤儀坐標(biāo)系上的坐標(biāo)值；

13、以第二旋轉(zhuǎn)軸軸線確定機(jī)械臂基坐標(biāo)系的第二方向；根據(jù)第三方向、第二方向，結(jié)合右手法則確定機(jī)械臂基坐標(biāo)系的第一方向；以第二圓心的坐標(biāo)值確定機(jī)械臂基坐標(biāo)系的原點(diǎn)在第三方向上的位置；

14、根據(jù)第一方向、第二方向和第三方向及機(jī)械臂基坐標(biāo)系的原點(diǎn)在第一方向、第二方向和第三方向的位置建立機(jī)械臂基坐標(biāo)系。

15、可選地，擬合第三旋轉(zhuǎn)軸軸線，得到3軸連桿長度的步驟具體包括：

16、旋轉(zhuǎn)第二旋轉(zhuǎn)桿至第二預(yù)定位置，擬合第三旋轉(zhuǎn)軸軸線，得到第三旋轉(zhuǎn)軸軸線和第三圓心在激光跟蹤儀坐標(biāo)系上的坐標(biāo)值，使得第三圓心與第二圓心在機(jī)械臂基坐標(biāo)系上的第一方向上的坐標(biāo)值相等，計(jì)算第三圓心與第二圓心在機(jī)械臂基坐標(biāo)系上的第三方向上的坐標(biāo)值的差值，即為3軸連桿長度，其中，3軸指的是第三旋轉(zhuǎn)軸。

17、可選地，第二旋轉(zhuǎn)桿通過旋轉(zhuǎn)角度至第二預(yù)定位置，旋轉(zhuǎn)角度大小可以通過下列公式確定：其中，δx為第三圓心和第二圓心在在機(jī)械臂基坐標(biāo)系第一方向上的坐標(biāo)值的差值，δz為第三圓心和第二圓心的在機(jī)械臂基坐標(biāo)系第三方向上的坐標(biāo)值的差值。

18、可選地，擬合第四旋轉(zhuǎn)軸軸線，得到3軸連桿長度和第四旋轉(zhuǎn)軸軸線相對第二旋轉(zhuǎn)軸軸線的偏置量具體包括以下步驟：

19、旋轉(zhuǎn)第三旋轉(zhuǎn)桿至第三預(yù)定位置，擬合第四旋轉(zhuǎn)軸軸線，得到第四旋轉(zhuǎn)軸軸線和第四圓心在激光跟蹤儀坐標(biāo)系上的坐標(biāo)值，使得第四旋轉(zhuǎn)軸軸線與機(jī)械臂基坐標(biāo)系第一方向平行，計(jì)算得到第四圓心與第三圓心在機(jī)械臂基坐標(biāo)系第三方向上的間距，即為3軸連桿長度，其中，3軸指的是第三旋轉(zhuǎn)軸；計(jì)算第四圓心在機(jī)械臂基坐標(biāo)系第二方向上的坐標(biāo)值，即第四旋轉(zhuǎn)軸軸線相對第二旋轉(zhuǎn)軸軸線的偏置量。

20、可選地，擬合第五旋轉(zhuǎn)軸軸線，得到4軸連桿長度和第五旋轉(zhuǎn)軸軸線相對第四旋轉(zhuǎn)軸軸線的偏置量具體包括以下步驟：旋轉(zhuǎn)第四旋轉(zhuǎn)桿至第四預(yù)定位置，擬合第五旋轉(zhuǎn)軸軸線，得到第五旋轉(zhuǎn)軸軸線和第五圓心在激光跟蹤儀坐標(biāo)系上的坐標(biāo)值，使得第五旋轉(zhuǎn)軸軸線與機(jī)械臂基坐標(biāo)系下的第二方向平行，計(jì)算第五圓心與第三圓心在機(jī)械臂基坐標(biāo)系下的第一方向上的間距，即為4軸連桿長度，其中，4軸指的是第四旋轉(zhuǎn)軸；計(jì)算第五圓心與第四圓心在在機(jī)械臂基坐標(biāo)系下的第三方向上的坐標(biāo)值差值，即第五旋轉(zhuǎn)軸軸線相對第四旋轉(zhuǎn)軸軸線的偏置量。

21、可選地，擬合第六旋轉(zhuǎn)軸軸線，得到5軸連桿長度和第六旋轉(zhuǎn)軸軸線相對第四旋轉(zhuǎn)軸軸線的偏置量具體包括以下步驟：旋轉(zhuǎn)第五旋轉(zhuǎn)桿至第五預(yù)定位置，擬合第六旋轉(zhuǎn)軸軸線，得到第六旋轉(zhuǎn)軸軸線和第六圓心在激光跟蹤儀坐標(biāo)系上的坐標(biāo)值，使得第六旋轉(zhuǎn)軸軸線與機(jī)械臂基坐標(biāo)系下的第一方向平行，計(jì)算第六圓心與第五圓心在機(jī)械臂基坐標(biāo)系下的第一方向上的坐標(biāo)值差值，即為5軸連桿長度，其中，5軸指的是第五旋轉(zhuǎn)軸；計(jì)算第六圓心與第四圓心在機(jī)械臂基坐標(biāo)系下的第二方向上的坐標(biāo)值差值，即為第六旋轉(zhuǎn)軸軸線相對第四旋轉(zhuǎn)軸軸線偏置量。

22、本技術(shù)至少具有如下有益效果：

23、1、本發(fā)明的多自由度機(jī)械臂的運(yùn)動學(xué)參數(shù)標(biāo)定方法，可以通過激光跟蹤儀測量和簡單的計(jì)算確定機(jī)器人的運(yùn)動學(xué)參數(shù)，無需進(jìn)行復(fù)雜的建模與參數(shù)辨識迭代求解，因此可提高參數(shù)標(biāo)定的效率；

24、2、本發(fā)明的多自由度機(jī)械臂的運(yùn)動學(xué)參數(shù)標(biāo)定方法，在精度要求更高的情況，可以作為參數(shù)辨識的前置流程，以解決迭代運(yùn)算陷入局部最小值的問題。