[发明专利]并联机器人运动学参数的智能自标定系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种并联机器人运动学参数的智能自标定系统，属于运动控制系统的控制技术领域。

背景技术

在实际应用中，由于加工公差和装配误差的存在，并联机器人各个运动学参数如连杆长度、基座坐标等的实际值和名义值之间总是存在偏差，因此通过运动学标定方法估计各个运动学参数成为运动控制领域中的一个重要手段。

目前，并联机器人的标定方法主要包括外部标定和自标定两类。外部标定法需要使用精确的外部测量手段如机械装置、视觉系统对末端执行器的位形进行测量，同时利用系统自身传感器测量此时的关节位置信息，由此就能够获得并联机器人运动位形的冗余信息。将测量得到的位形信息代入理论运动学模型，可以求解得到与采样位形对应的期望关节位置。最后，定义一个优化性能指标，使得关节位置期望值和实际测量值之间的误差函数平方和最小，从而求解运动学参数的实际值，即实现了并联机器人运动学参数的外部标定。

自标定方法则依赖并联机器人自身的冗余传感器信息实现对运动学参数的估计，这种方法不需要增加额外的传感器，因而更加经济实用。对于非冗余驱动或者是不含冗余传感器的并联机器人，可以通过增加关节传感器，或限制某些关节或末端执行器的运动，使得并联机器人关节传感器数目超过自由度数目，从而使并联机器人具有冗余的位形信息。将所测量得到的位形信息代入闭链约束方程，可以计算得到并联机器人的运动学误差，定义一个关于该运动学误差的性能指标，从而利用优化方法求解满足性能指标要求的运动学参数值，就能够实现对并联机器人运动学参数的自标定。

在现有外部标定和自标定方法中，所建立的运动学误差函数包含复杂的非线性项和耦合项，采用传统的最优化方法无法求解该优化问题。因此，现有标定方法通常只能标定少部分主要参数来简化优化问题的求解，故无法获得全部运动学参数的精确解，导致并联机器人的运动控制系统的控制精度较低。

发明内容

本发明为解决并联机器人的运动控制技术中存在的只能标定少部分主要参数来简化优化问题的求解，无法获得全部运动学参数的最优解，导致并联机器人的运动控制系统的控制精度较低问题，进而提供了一种并联机器人运动学参数的智能自标定系统。为此，本发明提供了如下的技术方案：

并联机器人运动学参数的智能自标定系统，包括：运动学误差函数模块、智能优化算法模块和运动学模型验证模块；

所述运动学误差函数模块用于根据并联机器人的运动学误差与全部运动学参数之间的关系，建立包含全部运动学参数的性能指标函数；

所述智能优化算法模块用于通过差分演化算法求解所述包含全部运动学参数的性能指标函数，得到全部运动学参数的全局最优解；

所述运动学模型验证模块基于包含全部运动学参数的正向运动学方程和反向运动学方程，由传感器的测量值进一步获得关节转角的计算值，通过比较关节转角的计算值和测量值之间的误差对自标定结果进行验证。

本发明实施方式提供的技术方案包括全部的运动学参数，由末端执行器的闭环约束关系可以建立运动学误差与全部运动学参数之间的函数关系；采用差分演化算法来求解标定问题，能够获得全局最优的优化结果，且不受优化变量的约束，因此能够得到全部运动学参数的最优值；能够对标定结果进行精确检验：通过比较关节转角的计算角度值和测量角度值之间的误差，可以比较运动学参数的自标定结果和厂家提供的名义值，采用PD控制器作为并联机器人的运动学控制器，通过比较名义运动学模型和标定运动学模型的控制精度，从而进一步在实际运动控制中验证自标定结果。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本具体实施方式提供的并联机器人运动学参数的智能自标定系统的结构示意图；

图2是本具体实施方式提供的并联机器人运动坐标系的示意图；

图3是本具体实施方式提供的智能自标定方法中的智能优化算法模块的原理示意图；

图4是本具体实施方式提供的智能自标定方法中的运动学模型验证模块的原理示意图；

图5是本具体实施方式提供的并联机器人智能自标定方法的实施图；