機器人關節(jié)初始參數的辨識方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種機器人關節(jié)初始參數的辨識方法，包括：步驟1：獲取關節(jié)在第一位置時的第一關節(jié)圓柱坐標參數；步驟2：獲取關節(jié)在第二位置時的第二關節(jié)圓柱坐標參數；步驟3：根據機器人的運動學解耦特性，建立第一關節(jié)圓柱坐標參數及第二關節(jié)圓柱坐標參數與直角坐標之間的映射，從而得到初始參數；其中，初始參數包括初始徑向距離、初始方位角、初始高度和初始關節(jié)轉角中的一個或多個。本發(fā)明依靠機器人自身結構的運動學解耦特性，可以獲得足夠精確的初始參數，能夠廣泛應用在機器人作業(yè)任務上，產生良好的實際意義，經濟效益顯著。
【專利說明】機器人關節(jié)初始參數的辨識方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及機器人領域，特別是涉及一種機器人關節(jié)初始參數的辨識方法。
【背景技術】
[0002]機器人通常具有多個串聯或并聯的關節(jié)，通常需要對某一關節(jié)的初始參數進行辨識。以碼垛機器人為例，其一般由四個關節(jié)串聯/并聯組成，被廣泛應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動的腰關節(jié)、垂直關節(jié)、水平關節(jié)和腕關節(jié)。其中，垂直關節(jié)和水平關節(jié)組成并聯形式的放大機構，屬于圓柱坐標型機器人。伺服電機反饋電機的轉角信號，根據機構傳動關系可以推知相應的關節(jié)轉角或位置。
[0004]腕關節(jié)用于抓持貨物高速往復運動，且受到貨物慣性力的作用。為了避免剛性不足導致的晃動，碼垛機器人通常采用混聯結構。采用混聯的碼垛機器人結構不僅具有串聯結構工作空間大的特點，而且兼有并聯結構的剛度大的特點，適合于高速碼垛任務。
[0005]碼垛機器人四個關節(jié)的實際零位一般由各關節(jié)對應的接近開關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值，通常是一組幾何參數(即初始參數)，這些幾何參數是碼垛機器人運動學反解的輸入參數，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，但是利用通用的測量工具獲得的幾何參數誤差較大，不能滿足運動學反解的精度要求。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。然而，激光干涉儀成本造價高，而且安裝調試困難，不利于實際現場解決問題。

【發(fā)明內容】

[0007]本發(fā)明的目的是提供一種成本低、便于安裝調試的機器人關節(jié)初始參數的辨識方法。
[0008]為解決上述技術問題，作為本發(fā)明的一個方面，提供了一種機器人關節(jié)初始參數的辨識方法，包括:
[0009]步驟1:獲取關節(jié)在第一位置時的第一關節(jié)圓柱坐標參數；
[0010]步驟2:獲取關節(jié)在第二位置時的第二關節(jié)圓柱坐標參數；
[0011]步驟3:根據機器人的運動學解耦特性，建立第一關節(jié)圓柱坐標參數及第二關節(jié)圓柱坐標參數與直角坐標之間的映射,從而得到初始參數；
[0012]其中，初始參數包括初始徑向距離、初始方位角、初始高度和初始關節(jié)轉角中的一個或多個。
[0013]進一步地，步驟3根據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為關節(jié)運動放大系數；ri為第一關節(jié)圓柱坐標參數中的徑向距離；r2為第二關節(jié)圓柱坐標參數中的徑向距離；Θ i為第一關節(jié)圓柱坐標參數中的方位角；Θ 2為第二關節(jié)圓柱坐標參數中的方位角；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為第一關節(jié)圓柱坐標參數中的方位角；Θ 2為第二關節(jié)圓柱坐標參數中的方位角；P為關節(jié)運動放大系數為第一關節(jié)圓柱坐標參數中的徑向距離；r2為第二關節(jié)圓柱坐標參數中的徑向距離；Xl為第一位置在直角坐標下的X坐標；X2為第二位置在直角坐標下的X坐標為初始徑向距離。
[0019]進一步地，步驟3根據下式得到初始高度:
[0020]V0=Pv^z1 或 Vq=pv2+z2
[0021]其中，V0為初始高度；p為關節(jié)運動放大系數W1為第一關節(jié)圓柱坐標參數中的高度；v2為第二關節(jié)圓柱坐標參數中的高度P1為第一位置在直角坐標下的Z坐標；z2為第二位置在直角坐標下的Z坐標。
[0022]進一步地，步驟3根據下式得到初始關節(jié)轉角:
[0023]Ctl -O1 = A0^a2 -θ2 -- = A0
[0024]其中，AO為初始關節(jié)轉角；Q1為第一關節(jié)圓柱坐標參數中的方位角；θ2為第二關節(jié)圓柱坐標參數中的方位角W1為第一關節(jié)圓柱坐`標參數中的關節(jié)轉角；α2為第二關節(jié)圓柱坐標參數中的關節(jié)轉角。
[0025]進一步地，機器人包括腰關節(jié)、垂直關節(jié)、水平關節(jié)、腕部平動保持機構和腕關節(jié)；腰關節(jié)繞垂直軸線轉動以帶動垂直關節(jié)、水平關節(jié)、腕部平動保持機構和腕關節(jié)轉動；腕部平動保持機構分別與垂直關節(jié)、水平關節(jié)和腕關節(jié)連接；垂直關節(jié)在豎直方向上的運動及水平關節(jié)在水平方向上的運動復合使得腕關節(jié)在水平面內運動。
[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的關節(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節(jié)，初始參數是腕關節(jié)的初始參數；第一位置和第二位置設置在托盤上。
[0028]進一步地，托盤包括一條長度已知的側邊，側邊的第一端是第一位置，側邊的第二
端是第二位置。
[0029]進一步地，辨識方法還包括步驟4:多次重復步驟I至步驟3，以得到多組初始參數，對多組初始參數進行加權平均后，得到最終的初始參數。
[0030]與現有技術相比，本發(fā)明中的初始參數的辨識方法，依靠機器人自身結構的運動學解耦特性，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參數，從而得到初始參數，能夠廣泛應用在機器人作業(yè)任務上，產生良好的實際意義，經濟效益顯著。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0031]圖1示意性示出了混聯碼垛機器人結構原理圖；
[0032]圖2示意性示出了初始參數的辨識原理圖一；[0033]圖3示意性示出了初始參數的辨識原理圖二 ；以及
[0034]圖4示意性示出了初始參數的辨識原理圖三。
【具體實施方式】
[0035]以下結合附圖對本發(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或并聯的關節(jié)，通常需要對某一關節(jié)的初始參數進行辨識。
[0037]本發(fā)明提供了一種機器人關節(jié)初始參數的辨識方法，包括:
[0038]步驟1:獲取關節(jié)在第一位置時的第一關節(jié)圓柱坐標參數；
[0039]步驟2:獲取關節(jié)在第二位置時的第二關節(jié)圓柱坐標參數；
[0040]步驟3:根據機器人的運動學解耦特性，建立第一關節(jié)圓柱坐標參數及第二關節(jié)圓柱坐標參數與直角坐標之間的映射,從而得到初始參數；
[0041]其中，初始參數包括初始徑向距離、初始方位角、初始高度和初始關節(jié)轉角中的一個或多個。
[0042]通過獲取某一關節(jié)在第一位置時的第一關節(jié)圓柱坐標參數和在第二位置時的第二圓柱坐標參數，并可根據機器2 的運動學解耦特性，建立這第一第二關節(jié)圓柱坐標參數與該第一位置和第二位置的直角坐標之間的關系，這樣，便可通過這些關系，得到上述的初始參數。
[0043]與現有技術相比，本發(fā)明中的初始參數的辨識方法，依靠機器人自身結構的運動學解耦特性，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參數，從而得到足夠精確的初始參數，能夠廣泛應用在機器人作業(yè)任務上，產生良好的實際意義，經濟效益顯著。
[0044]特別地，將該關節(jié)在第一位置時的第一關節(jié)圓柱坐標參數轉換成直角坐標可得:
【權利要求】
1.一種機器人關節(jié)初始參數的辨識方法，其特征在于，包括: 步驟1:獲取所述關節(jié)在第一位置時的第一關節(jié)圓柱坐標參數； 步驟2:獲取所述關節(jié)在第二位置時的第二關節(jié)圓柱坐標參數； 步驟3:根據所述機器人的運動學解耦特性，建立所述第一關節(jié)圓柱坐標參數及第二關節(jié)圓柱坐標參數與直角坐標之間的映射，從而得到所述初始參數； 其中，所述初始參數包括初始徑向距離、初始方位角、初始高度和初始關節(jié)轉角中的一個或多個。
2.根據權利要求1所述的辨識方法，其特征在于，所述步驟3根據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為關節(jié)運動放大系數為所述第一關節(jié)圓柱坐標參數中的徑向距離；r2為所述第二關節(jié)圓柱坐標參數中的徑向距離；Θ i為所述第一關節(jié)圓柱坐標參數中的方位角；Θ 2為所述第二關節(jié)圓柱坐標參數中的方位角；1為所述第一位置與所述第二位置之間的距離。
3.根據權利要求2所述的辨識方法，其特征在于，所述步驟3根據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為所述第一關節(jié)圓柱坐標參數中的方位角；θ2為所述第二關節(jié)圓柱坐標參數中的方位角；Ρ為所述關節(jié)運動放大系數為所述第一關節(jié)圓柱坐標參數中的徑向距離；r2為所述第二關節(jié)圓柱坐標參數中的徑向距離；Xl為所述第一位置在直角坐標下的X坐標；x2為所述第二位置在直角坐標下的X坐標為所述初始徑向距離。
4.根據權利要求1所述的辨識方法，其特征在于，所述步驟3根據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為關節(jié)運動放大系數；Vl為所述第一關節(jié)圓柱坐標參數中的高度；v2為所述第二關節(jié)圓柱坐標參數中的高度；Zl為所述第一位置在直角坐標下的z坐標；z2為所述第二位置在直角坐標下的z坐標。
5.根據權利要求1所述的辨識方法，其特征在于，所述步驟3根據下式得到所述初始關節(jié)轉角:
6.根據權利要求1所述的辨識方法，其特征在于，所述機器人包括腰關節(jié)、垂直關節(jié)、水平關節(jié)、腕部平動保持機構和腕關節(jié)； 所述腰關節(jié)繞垂直軸線轉動以帶動所述垂直關節(jié)、水平關節(jié)、腕部平動保持機構和腕關節(jié)轉動； 所述腕部平動保持機構分別與所述垂直關節(jié)、水平關節(jié)和腕關節(jié)連接；所述垂直關節(jié)在豎直方向上的運動及所述水平關節(jié)在水平方向上的運動復合使得所述腕關節(jié)在水平面內運動。
7.根據權利要求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的關節(jié)。
8.根據權利要求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節(jié)，所述初始參數是所述腕關節(jié)的初始參數； 所述第一位置和所述第二位置設置在所述托盤上。
9.根據權利要求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邊，所述側邊的第一端是所述第一位置，所述側邊的第二端是所述第二位置。
10.根據權利要求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: 多次重復所述步驟I至步驟3，以得到多組所述初始參數，對所述多組初始參數進行加權平均后，得到最終的所 述初始參數。
【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