機器人關(guān)節(jié)初始參數(shù)的辨識方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種機器人關(guān)節(jié)初始參數(shù)的辨識方法，包括：步驟1：獲取關(guān)節(jié)在第一位置時的第一關(guān)節(jié)圓柱坐標(biāo)參數(shù)；步驟2：獲取關(guān)節(jié)在第二位置時的第二關(guān)節(jié)圓柱坐標(biāo)參數(shù)；步驟3：根據(jù)機器人的運動學(xué)解耦特性，建立第一關(guān)節(jié)圓柱坐標(biāo)參數(shù)及第二關(guān)節(jié)圓柱坐標(biāo)參數(shù)與直角坐標(biāo)之間的映射，從而得到初始參數(shù)；其中，初始參數(shù)包括初始徑向距離、初始方位角、初始高度和初始關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)角中的一個或多個。本發(fā)明依靠機器人自身結(jié)構(gòu)的運動學(xué)解耦特性，可以獲得足夠精確的初始參數(shù)，能夠廣泛應(yīng)用在機器人作業(yè)任務(wù)上，產(chǎn)生良好的實際意義，經(jīng)濟效益顯著。
【專利說明】機器人關(guān)節(jié)初始參數(shù)的辨識方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及機器人領(lǐng)域，特別是涉及一種機器人關(guān)節(jié)初始參數(shù)的辨識方法。
【背景技術(shù)】
[0002]機器人通常具有多個串聯(lián)或并聯(lián)的關(guān)節(jié)，通常需要對某一關(guān)節(jié)的初始參數(shù)進行辨識。以碼垛機器人為例，其一般由四個關(guān)節(jié)串聯(lián)/并聯(lián)組成，被廣泛應(yīng)用在袋裝或箱裝貨物的自動碼垛作業(yè)，降低了勞動強度，提高了生產(chǎn)效率。
[0003]在實際碼垛作業(yè)過程中，典型的碼垛機器人包括由四個伺服電機分別驅(qū)動的腰關(guān)節(jié)、垂直關(guān)節(jié)、水平關(guān)節(jié)和腕關(guān)節(jié)。其中，垂直關(guān)節(jié)和水平關(guān)節(jié)組成并聯(lián)形式的放大機構(gòu)，屬于圓柱坐標(biāo)型機器人。伺服電機反饋電機的轉(zhuǎn)角信號，根據(jù)機構(gòu)傳動關(guān)系可以推知相應(yīng)的關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)角或位置。
[0004]腕關(guān)節(jié)用于抓持貨物高速往復(fù)運動，且受到貨物慣性力的作用。為了避免剛性不足導(dǎo)致的晃動，碼垛機器人通常采用混聯(lián)結(jié)構(gòu)。采用混聯(lián)的碼垛機器人結(jié)構(gòu)不僅具有串聯(lián)結(jié)構(gòu)工作空間大的特點，而且兼有并聯(lián)結(jié)構(gòu)的剛度大的特點，適合于高速碼垛任務(wù)。
[0005]碼垛機器人四個關(guān)節(jié)的實際零位一般由各關(guān)節(jié)對應(yīng)的接近開關(guān)或者絕對編碼器的零位來確定，往往與碼垛機器人的圖紙設(shè)計存在一定的偏差。這些偏差對于某一臺機器人來說是一組確定數(shù)值，通常是一組幾何參數(shù)(即初始參數(shù))，這些幾何參數(shù)是碼垛機器人運動學(xué)反解的輸入?yún)?shù)，是必不可少的。
[0006]在實際中往往通過實際測量的方法來獲得這些幾何參數(shù)，但是利用通用的測量工具獲得的幾何參數(shù)誤差較大，不能滿足運動學(xué)反解的精度要求。因此，就需要使用精度較高的激光干涉儀來進行空間尺寸的測量，以精確的確定碼垛機器人的初始參數(shù)。然而，激光干涉儀成本造價高，而且安裝調(diào)試?yán)щy，不利于實際現(xiàn)場解決問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明的目的是提供一種成本低、便于安裝調(diào)試的機器人關(guān)節(jié)初始參數(shù)的辨識方法。
[0008]為解決上述技術(shù)問題，作為本發(fā)明的一個方面，提供了一種機器人關(guān)節(jié)初始參數(shù)的辨識方法，包括:
[0009]步驟1:獲取關(guān)節(jié)在第一位置時的第一關(guān)節(jié)圓柱坐標(biāo)參數(shù)；
[0010]步驟2:獲取關(guān)節(jié)在第二位置時的第二關(guān)節(jié)圓柱坐標(biāo)參數(shù)；
[0011]步驟3:根據(jù)機器人的運動學(xué)解耦特性，建立第一關(guān)節(jié)圓柱坐標(biāo)參數(shù)及第二關(guān)節(jié)圓柱坐標(biāo)參數(shù)與直角坐標(biāo)之間的映射,從而得到初始參數(shù)；
[0012]其中，初始參數(shù)包括初始徑向距離、初始方位角、初始高度和初始關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)角中的一個或多個。
[0013]進一步地，步驟3根據(jù)下式得到初始徑向距離:
[0014][R0+ (p+1) rj2+ [R0+ (p+1) r2] 2_2 [R0+ (p+1) rj [R0+ (p+1) r2] cos ( θ「Θ 2) =I2[0015]其中，R0為初始徑向距離；p為關(guān)節(jié)運動放大系數(shù)；ri為第一關(guān)節(jié)圓柱坐標(biāo)參數(shù)中的徑向距離；r2為第二關(guān)節(jié)圓柱坐標(biāo)參數(shù)中的徑向距離；Θ i為第一關(guān)節(jié)圓柱坐標(biāo)參數(shù)中的方位角；Θ 2為第二關(guān)節(jié)圓柱坐標(biāo)參數(shù)中的方位角；1為第一位置與第二位置之間的距離。
[0016]進一步地，步驟3根據(jù)下式得到初始方位角:
[0017]COS ( θ 0+ Θ j) [R0+ (p+1) rj -cos ( θ 0+ Θ 2) [R0+ (p+1) r2] =x「x2
[0018]其中，Θ ^初始方位角；Θ i為第一關(guān)節(jié)圓柱坐標(biāo)參數(shù)中的方位角；Θ 2為第二關(guān)節(jié)圓柱坐標(biāo)參數(shù)中的方位角；P為關(guān)節(jié)運動放大系數(shù)為第一關(guān)節(jié)圓柱坐標(biāo)參數(shù)中的徑向距離；r2為第二關(guān)節(jié)圓柱坐標(biāo)參數(shù)中的徑向距離；Xl為第一位置在直角坐標(biāo)下的X坐標(biāo)；X2為第二位置在直角坐標(biāo)下的X坐標(biāo)為初始徑向距離。
[0019]進一步地，步驟3根據(jù)下式得到初始高度:
[0020]V0=Pv^z1 或 Vq=pv2+z2
[0021]其中，V0為初始高度；p為關(guān)節(jié)運動放大系數(shù)W1為第一關(guān)節(jié)圓柱坐標(biāo)參數(shù)中的高度；v2為第二關(guān)節(jié)圓柱坐標(biāo)參數(shù)中的高度P1為第一位置在直角坐標(biāo)下的Z坐標(biāo)；z2為第二位置在直角坐標(biāo)下的Z坐標(biāo)。
[0022]進一步地，步驟3根據(jù)下式得到初始關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)角:
[0023]Ctl -O1 = A0^a2 -θ2 -- = A0
[0024]其中，AO為初始關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)角；Q1為第一關(guān)節(jié)圓柱坐標(biāo)參數(shù)中的方位角；θ2為第二關(guān)節(jié)圓柱坐標(biāo)參數(shù)中的方位角W1為第一關(guān)節(jié)圓柱坐`標(biāo)參數(shù)中的關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)角；α2為第二關(guān)節(jié)圓柱坐標(biāo)參數(shù)中的關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)角。
[0025]進一步地，機器人包括腰關(guān)節(jié)、垂直關(guān)節(jié)、水平關(guān)節(jié)、腕部平動保持機構(gòu)和腕關(guān)節(jié)；腰關(guān)節(jié)繞垂直軸線轉(zhuǎn)動以帶動垂直關(guān)節(jié)、水平關(guān)節(jié)、腕部平動保持機構(gòu)和腕關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)動；腕部平動保持機構(gòu)分別與垂直關(guān)節(jié)、水平關(guān)節(jié)和腕關(guān)節(jié)連接；垂直關(guān)節(jié)在豎直方向上的運動及水平關(guān)節(jié)在水平方向上的運動復(fù)合使得腕關(guān)節(jié)在水平面內(nèi)運動。
[0026]進一步地，機器人為碼垛機器人，碼垛機器人具有多個混聯(lián)的關(guān)節(jié)。
[0027]進一步地，機器人包括用于將貨物碼放到托盤上的腕關(guān)節(jié)，初始參數(shù)是腕關(guān)節(jié)的初始參數(shù)；第一位置和第二位置設(shè)置在托盤上。
[0028]進一步地，托盤包括一條長度已知的側(cè)邊，側(cè)邊的第一端是第一位置，側(cè)邊的第二
端是第二位置。
[0029]進一步地，辨識方法還包括步驟4:多次重復(fù)步驟I至步驟3，以得到多組初始參數(shù)，對多組初始參數(shù)進行加權(quán)平均后，得到最終的初始參數(shù)。
[0030]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明中的初始參數(shù)的辨識方法，依靠機器人自身結(jié)構(gòu)的運動學(xué)解耦特性，可利用任何兩個位置(即第一位置和第二位置)的運動進行實施，可將這兩個位置之間的距離作為輸入?yún)?shù)，從而得到初始參數(shù)，能夠廣泛應(yīng)用在機器人作業(yè)任務(wù)上，產(chǎn)生良好的實際意義，經(jīng)濟效益顯著。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0031]圖1示意性示出了混聯(lián)碼垛機器人結(jié)構(gòu)原理圖；
[0032]圖2示意性示出了初始參數(shù)的辨識原理圖一；[0033]圖3示意性示出了初始參數(shù)的辨識原理圖二 ；以及
[0034]圖4示意性示出了初始參數(shù)的辨識原理圖三。
【具體實施方式】
[0035]以下結(jié)合附圖對本發(fā)明的實施例進行詳細說明，但是本發(fā)明可以由權(quán)利要求限定和覆蓋的多種不同方式實施。
[0036]機器人通常具有多個串聯(lián)或并聯(lián)的關(guān)節(jié)，通常需要對某一關(guān)節(jié)的初始參數(shù)進行辨識。
[0037]本發(fā)明提供了一種機器人關(guān)節(jié)初始參數(shù)的辨識方法，包括:
[0038]步驟1:獲取關(guān)節(jié)在第一位置時的第一關(guān)節(jié)圓柱坐標(biāo)參數(shù)；
[0039]步驟2:獲取關(guān)節(jié)在第二位置時的第二關(guān)節(jié)圓柱坐標(biāo)參數(shù)；
[0040]步驟3:根據(jù)機器人的運動學(xué)解耦特性，建立第一關(guān)節(jié)圓柱坐標(biāo)參數(shù)及第二關(guān)節(jié)圓柱坐標(biāo)參數(shù)與直角坐標(biāo)之間的映射,從而得到初始參數(shù)；
[0041]其中，初始參數(shù)包括初始徑向距離、初始方位角、初始高度和初始關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)角中的一個或多個。
[0042]通過獲取某一關(guān)節(jié)在第一位置時的第一關(guān)節(jié)圓柱坐標(biāo)參數(shù)和在第二位置時的第二圓柱坐標(biāo)參數(shù)，并可根據(jù)機器2 的運動學(xué)解耦特性，建立這第一第二關(guān)節(jié)圓柱坐標(biāo)參數(shù)與該第一位置和第二位置的直角坐標(biāo)之間的關(guān)系，這樣，便可通過這些關(guān)系，得到上述的初始參數(shù)。
[0043]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明中的初始參數(shù)的辨識方法，依靠機器人自身結(jié)構(gòu)的運動學(xué)解耦特性，可利用任何兩個位置(即第一位置和第二位置)的運動進行實施，可將這兩個位置之間的距離作為輸入?yún)?shù)，從而得到足夠精確的初始參數(shù)，能夠廣泛應(yīng)用在機器人作業(yè)任務(wù)上，產(chǎn)生良好的實際意義，經(jīng)濟效益顯著。
[0044]特別地，將該關(guān)節(jié)在第一位置時的第一關(guān)節(jié)圓柱坐標(biāo)參數(shù)轉(zhuǎn)換成直角坐標(biāo)可得:
【權(quán)利要求】
1.一種機器人關(guān)節(jié)初始參數(shù)的辨識方法，其特征在于，包括: 步驟1:獲取所述關(guān)節(jié)在第一位置時的第一關(guān)節(jié)圓柱坐標(biāo)參數(shù)； 步驟2:獲取所述關(guān)節(jié)在第二位置時的第二關(guān)節(jié)圓柱坐標(biāo)參數(shù)； 步驟3:根據(jù)所述機器人的運動學(xué)解耦特性，建立所述第一關(guān)節(jié)圓柱坐標(biāo)參數(shù)及第二關(guān)節(jié)圓柱坐標(biāo)參數(shù)與直角坐標(biāo)之間的映射，從而得到所述初始參數(shù)； 其中，所述初始參數(shù)包括初始徑向距離、初始方位角、初始高度和初始關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)角中的一個或多個。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的辨識方法，其特征在于，所述步驟3根據(jù)下式得到所述初始徑向距離:
[R0+ (p+1) rj2+ [R0+ (p+1) r2] 2_2 [R0+ (p+1) rj [R0+ (p+1) r2] cos ( θ「Θ 2) =I2其中，R0為所述初始徑向距離；p為關(guān)節(jié)運動放大系數(shù)為所述第一關(guān)節(jié)圓柱坐標(biāo)參數(shù)中的徑向距離；r2為所述第二關(guān)節(jié)圓柱坐標(biāo)參數(shù)中的徑向距離；Θ i為所述第一關(guān)節(jié)圓柱坐標(biāo)參數(shù)中的方位角；Θ 2為所述第二關(guān)節(jié)圓柱坐標(biāo)參數(shù)中的方位角；1為所述第一位置與所述第二位置之間的距離。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的辨識方法，其特征在于，所述步驟3根據(jù)下式得到所述初始方位角:
COS ( θ 0+ Θ j) [R0+ (p+1) rj -COS ( θ 0+ Θ 2) [R0+ (p+1) r2] =X1-X2 其中，Qtl所述初始方位角；Q1為所述第一關(guān)節(jié)圓柱坐標(biāo)參數(shù)中的方位角；θ2為所述第二關(guān)節(jié)圓柱坐標(biāo)參數(shù)中的方位角；Ρ為所述關(guān)節(jié)運動放大系數(shù)為所述第一關(guān)節(jié)圓柱坐標(biāo)參數(shù)中的徑向距離；r2為所述第二關(guān)節(jié)圓柱坐標(biāo)參數(shù)中的徑向距離；Xl為所述第一位置在直角坐標(biāo)下的X坐標(biāo)；x2為所述第二位置在直角坐標(biāo)下的X坐標(biāo)為所述初始徑向距離。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的辨識方法，其特征在于，所述步驟3根據(jù)下式得到所述初始高度:
V0=PVi+Z1 或
V(I_PV2+Z2 其中，V0為所述初始高度；P為關(guān)節(jié)運動放大系數(shù)；Vl為所述第一關(guān)節(jié)圓柱坐標(biāo)參數(shù)中的高度；v2為所述第二關(guān)節(jié)圓柱坐標(biāo)參數(shù)中的高度；Zl為所述第一位置在直角坐標(biāo)下的z坐標(biāo)；z2為所述第二位置在直角坐標(biāo)下的z坐標(biāo)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的辨識方法，其特征在于，所述步驟3根據(jù)下式得到所述初始關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)角:
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的辨識方法，其特征在于，所述機器人包括腰關(guān)節(jié)、垂直關(guān)節(jié)、水平關(guān)節(jié)、腕部平動保持機構(gòu)和腕關(guān)節(jié)； 所述腰關(guān)節(jié)繞垂直軸線轉(zhuǎn)動以帶動所述垂直關(guān)節(jié)、水平關(guān)節(jié)、腕部平動保持機構(gòu)和腕關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)動； 所述腕部平動保持機構(gòu)分別與所述垂直關(guān)節(jié)、水平關(guān)節(jié)和腕關(guān)節(jié)連接；所述垂直關(guān)節(jié)在豎直方向上的運動及所述水平關(guān)節(jié)在水平方向上的運動復(fù)合使得所述腕關(guān)節(jié)在水平面內(nèi)運動。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的辨識方法，其特征在于，所述機器人為碼垛機器人，所述碼垛機器人具有多個混聯(lián)的關(guān)節(jié)。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的辨識方法，其特征在于，所述機器人包括用于將貨物碼放到托盤上的腕關(guān)節(jié)，所述初始參數(shù)是所述腕關(guān)節(jié)的初始參數(shù)； 所述第一位置和所述第二位置設(shè)置在所述托盤上。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的辨識方法，其特征在于，所述托盤包括一條長度已知的側(cè)邊，所述側(cè)邊的第一端是所述第一位置，所述側(cè)邊的第二端是所述第二位置。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的辨識方法，其特征在于，所述辨識方法還包括步驟4: 多次重復(fù)所述步驟I至步驟3，以得到多組所述初始參數(shù)，對所述多組初始參數(shù)進行加權(quán)平均后，得到最終的所 述初始參數(shù)。
【文檔編號】B25J13/00GK103862474SQ201210536144
【公開日】2014年6月18日 申請日期:2012年12月12日 優(yōu)先權(quán)日:2012年12月12日
【發(fā)明者】劉國良 申請人:北京賽佰特科技有限公司