本發(fā)明涉及機(jī)器人磨削，特別是指基于梯度下降法的圓柱形磨削工具坐標(biāo)系最優(yōu)化標(biāo)定方法。

背景技術(shù)：

1、隨著科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，機(jī)器人在各個(gè)領(lǐng)域的應(yīng)用變得越來(lái)越廣泛。機(jī)器人可以承擔(dān)許多復(fù)雜繁瑣的任務(wù)，從而大大提高生產(chǎn)效率和精度。在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)中，機(jī)器人通常需要在其末端法蘭盤上安裝各種工具，例如抓取、焊接槍、打磨機(jī)和噴涂設(shè)備等，使其使其能夠執(zhí)行搬運(yùn)、裝配、焊接、打磨和噴涂等多種實(shí)際操作。

2、為確保機(jī)器人能夠精確、高效地執(zhí)行各種任務(wù)，在進(jìn)行實(shí)際操作前，必須準(zhǔn)確確定安裝在機(jī)器人末端法蘭上的工具的位置和姿態(tài)。這一步驟被稱為工具標(biāo)定，它是機(jī)器人應(yīng)用中的一個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)。工具標(biāo)定的精度直接影響到機(jī)器人的操作精度和工作效率。

3、隨著科技的不斷進(jìn)步和各個(gè)領(lǐng)域的快速發(fā)展，對(duì)工具定位精度要求日益提高。在航空航天、汽車制造、電子設(shè)備生產(chǎn)等高精度行業(yè)，微小的工具偏差都可能導(dǎo)致產(chǎn)品質(zhì)量下降甚至不合格。例如，在航空航天領(lǐng)域，飛機(jī)零部件的加工要求極其嚴(yán)格，如果焊接或磨削工具的標(biāo)定不準(zhǔn)確，可能會(huì)導(dǎo)致部件的尺寸偏差，影響飛機(jī)的整體性能和安全性。在汽車制造過(guò)程中，車身焊接和噴涂的精度直接關(guān)系到車輛的質(zhì)量和外觀，任何微小的誤差都可能影響到零部件的裝配精度和整車的性能。

4、當(dāng)前，各類工具在不同場(chǎng)景中廣泛應(yīng)用，但現(xiàn)有的工具標(biāo)定技術(shù)存在一些明顯的不足。例如，部分標(biāo)定方法流程繁瑣，需要耗費(fèi)大量的人力和時(shí)間成本，這極大地影響了工作效率。而且，一些傳統(tǒng)標(biāo)定技術(shù)在精度方面有所欠缺，難以滿足日益提高的對(duì)工具性能精準(zhǔn)度的要求。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、為了解決現(xiàn)有技術(shù)中工業(yè)機(jī)器人工具標(biāo)定效率低、過(guò)程復(fù)雜等的技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提供了基于梯度下降法的圓柱形磨削工具坐標(biāo)系最優(yōu)化標(biāo)定方法。

2、本發(fā)明實(shí)施例提供的技術(shù)方案如下：

3、第一方面：

4、本發(fā)明實(shí)施例提供的基于梯度下降法的圓柱形磨削工具坐標(biāo)系最優(yōu)化標(biāo)定方法，包括：

5、s1、將觸針?lè)胖糜诠ぷ髋_(tái)的固定位置，將磨削工具安裝于機(jī)器人末端法蘭盤上；

6、s2、獲取所述觸針針尖在所述機(jī)器人基坐標(biāo)系下的坐標(biāo)；

7、s3、安裝所述磨削工具，控制所述機(jī)器人帶動(dòng)所述磨削工具以不同位姿接觸所述針尖，并記錄不同位姿下所述機(jī)器人關(guān)節(jié)角；

8、s4、利用solidworks軟件獲得初始工具矩陣、所述關(guān)節(jié)角和所述針尖在機(jī)器人基坐標(biāo)系下的坐標(biāo)計(jì)算出所述針尖在工具坐標(biāo)系下的位置信息；

9、s5、利用不同姿態(tài)下所述針尖在工具坐標(biāo)系下的位置信息計(jì)算預(yù)測(cè)打磨輪半徑，并使用所述預(yù)測(cè)打磨輪半徑代入均方根誤差公式計(jì)算此時(shí)誤差指標(biāo)；

10、s6、預(yù)測(cè)打磨輪半徑與真實(shí)打磨輪半徑計(jì)算均方根誤差，所述均方根誤差結(jié)果作為評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)，小于閾值則結(jié)束標(biāo)定，否則使用梯度下降法更新工具矩陣?yán)^續(xù)進(jìn)行s4操作。

11、優(yōu)選的，所述s2得出觸針針尖在機(jī)器人基坐標(biāo)系下的坐標(biāo)具體包括，dh建模法可以得出末端坐標(biāo)系相對(duì)于基坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換矩陣，轉(zhuǎn)換矩陣又包括旋轉(zhuǎn)矩陣與位置向量，其中位置向量的意義為末端坐標(biāo)系原點(diǎn)相對(duì)于基坐標(biāo)系的位置，則可以利用末端法蘭盤中心點(diǎn)接觸觸針針尖，利用dh建模法結(jié)合此時(shí)機(jī)器人關(guān)節(jié)角可以得出針尖在基坐標(biāo)系下的位置。

12、優(yōu)選的，所述s5得出預(yù)測(cè)打磨輪半徑具體包括：磨削工具為圓柱型，對(duì)磨削工具建模后，利用針尖在工具坐標(biāo)系下的y軸和z軸坐標(biāo)來(lái)計(jì)算出圓柱型磨削工具的半徑。

13、優(yōu)選的，所述s6中梯度下降法是一種用于優(yōu)化和機(jī)器學(xué)習(xí)算法的迭代方法，主要用于尋找函數(shù)的最小值(或最大值)，它通過(guò)沿著目標(biāo)函數(shù)梯度下降的方向逐步調(diào)整參數(shù)，從而最小化(或最大化)目標(biāo)函數(shù)。

14、本發(fā)明實(shí)施例提供的技術(shù)方案帶來(lái)的有益效果至少包括：

15、(1)在本發(fā)明中，在使用本發(fā)明提出的基于梯度下降法的圓柱形磨削工具坐標(biāo)系最優(yōu)化標(biāo)定方法后，均方根誤差從22.3546mm降至0.0694mm，磨削工具坐標(biāo)系姿態(tài)誤差以及位置誤差得以大大降低。

技術(shù)特征：

1.基于梯度下降法的圓柱形磨削工具坐標(biāo)系最優(yōu)化標(biāo)定方法，其特征在于，包括：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于梯度下降法的圓柱形磨削工具坐標(biāo)系最優(yōu)化標(biāo)定方法，其特征在于，所述s2具體包括：

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于梯度下降法的圓柱形磨削工具坐標(biāo)系最優(yōu)化標(biāo)定方法，其特征在于，所述s5中均方根誤差公式具體包括：

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于梯度下降法的圓柱形磨削工具坐標(biāo)系最優(yōu)化標(biāo)定方法，其特征在于，所述s6中梯度下降法具體包括：

5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的基于梯度下降法的圓柱形磨削工具坐標(biāo)系最優(yōu)化標(biāo)定方法，其特征在于，所述預(yù)測(cè)打磨輪半徑具體包括：

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明提供基于梯度下降法的圓柱形磨削工具坐標(biāo)系最優(yōu)化標(biāo)定方法，涉及機(jī)器人磨削技術(shù)領(lǐng)域，方法包括：首先獲得空間中觸針針尖在機(jī)器人基坐標(biāo)系下位置信息，再用機(jī)器人帶動(dòng)磨削工具以不同位姿接觸觸針針尖并記錄此時(shí)機(jī)器人關(guān)節(jié)角，利用SolidWorks軟件獲得初始工具矩陣、針尖在機(jī)器人基坐標(biāo)系下位置信息和關(guān)節(jié)角求得工具坐標(biāo)系下觸針針尖的位置信息，并計(jì)算出預(yù)測(cè)打磨輪半徑，并結(jié)合真實(shí)打磨輪半徑計(jì)算均方根誤差，使用以均方根誤差的值作為損失函數(shù)的梯度下降法進(jìn)行更新工具矩陣。通過(guò)使用本發(fā)明提出的工具標(biāo)定方法后，均方根誤差相比于標(biāo)定前從22.3546mm降至0.0694mm，本發(fā)明所提方法步驟簡(jiǎn)單，操作方便，無(wú)需借助額外昂貴設(shè)備。

技術(shù)研發(fā)人員：張烈山,韓小林,宋安玉,周中朝,王祥海
受保護(hù)的技術(shù)使用者：浙江理工大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/10/21