[发明专利]面向机器人自标定的机器人闭环运动链建立方法有效
| 申请号： | 202111353984.8 | 申请日： | 2021-11-12 |
| 公开（公告）号： | CN113894794B | 公开（公告）日： | 2023-08-25 |
| 发明（设计）人： | 苏成志;姜丰;包海峰;王浪 | 申请（专利权）人： | 长春理工大学 |
| 主分类号： | B25J9/16 | 分类号： | B25J9/16;B25J19/02 |
| 代理公司： | 北京中理通专利代理事务所(普通合伙) 11633 | 代理人： | 刘慧宇 |
| 地址： | 130022 吉林*** | 国省代码： | 吉林;22 |
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| 摘要： | |||
| 搜索关键词： | 面向 机器人 标定 闭环 运动 建立 方法 | ||
1.面向机器人自标定的机器人闭环运动链建立方法，其特征是，该方法包括以下步骤：
步骤1、测量PSD作为激光光线约束时LO1和LO3在{O1}系下的间距d；
设PSD1坐标系为{O1}，PSD2坐标系为{O2}，PSD3坐标系为{O3}，PSD4坐标系为{O4}，{O1}、{O2}、{O3}和{O4}刚性固结在一起，构成激光光线间距测量系；系{O2}相对于系{O1}的位姿转换矩阵为系{O3}相对于系{O1}的位姿转换矩阵为系{O4}相对于系{O1}的位姿转换矩阵为是已知的；设机器人基系为{B}，机器人末端坐标系为{E}，将激光器刚性固结在机器人末端，设激光器坐标系为{L}，激光入射方向作为{L}系Z轴方向，{L}相对于{E}的位姿转换矩阵为是已知的；
步骤2、获得机器人末端在{B}系下的位姿矩阵；
利用公式(17)得LO1入射到PSD1中心区域时机器人末端在{B}系下位姿矩阵
式(17)中为机器人每个关节包含机器人运动学参数的MDH模型：
式(18)中θi、ai-1、αi-1、di，分别表示LO1入射到PSD1中心区域时第i个关节的关节角、连杆长度、扭转角及连杆偏置参数；
同理，LO3入射到PSD3中心区域时机器人末端在{B}系下位姿矩阵为公式(19)；
步骤3、获得LO1及LO3在{B}系下的直线方程
利用公式(20得对准PSD1中心区域时激光器在{B}系下的位姿矩阵
公式(21)为此时激光器坐标系原点在{B}系下坐标PB1(xB1，yB1，zB1)：
公式(22)为激光器入射光线在{B}系下方向向量
联立公式(21)、(22)得LO1在{B}系下的直线方程式(23)；
同理，利用公式(24)得对准PSD3中心区域时激光器在{B}系下的位姿矩阵
公式(25)为激光器坐标系原点在{B}系下坐标PB3(xB3，yB3，zB3)；
公式(26)为激光器入射光线在{B}系下方向向量
联立公式(25)、(26)得LO3在{B}系下的直线方程式(27)；
步骤4、求解LO1和LO3在{B}系下的间距dB；
利用公式(28)求得与叉乘，即L1及L3公垂线方向向量
联立(23)、(27)和(28)式得在上投影长度，即L1与L3在{B}系下间距dB公式(29)；
步骤5、建立机器人闭环运动链；
激光光线间距与参考坐标系无关，所以LO1与LO3在{B}系下的间距与在{O1}系下的间距相等：
dB＝d (30)
公式(30)即为所建立的机器人闭环运动链。
2.根据权利要求1所述的面向机器人自标定的机器人闭环运动链建立方法，其特征在于，所述步骤1测量PSD作为激光光线约束时LO1和LO3在{O1}系下的间距d，将PSD1、PSD2、PSD3和PSD4放置于机器人工作空间内，具体测量步骤如下：
步骤1.1、获取激光光线在各个PSD上投影光斑的坐标；
调整机器人，使激光光线入射到PSD1中心区域，反射至PSD2中心区域，此时激光光线所在直线为L1，入射到系{O1}下的光斑坐标为P1(x1，y1，0)，反射到系{O2}下光斑坐标为P2(x2，y2，0)；再次调整机器人，使激光光线入射到PSD3中心区域，反射至PSD4中心区域，此时激光光线所在直线为L3，入射到系{O3}下光斑坐标为P3(x3，y3，0)，反射到系{O4}下光斑坐标为P4(x4，y4，0)；
步骤1.2、转换各激光光斑坐标到系{O1}下；
利用公式(1)求解P2在系{O1}下的坐标P21(x21，y21，z21)；
利用公式(2)求解P3在系{O1}下的坐标P31(x31，y31，z31)；
利用公式(3)求解P4在系{O1}下的坐标P41(x41，y41，z41)；
步骤1.3、获得入射光线所在直线LO1在系{O1}下的方程；
设P2关于系{O1}中XOY平面的对称点坐标为P′21(x′21，y′21，z′21)，P1与P′21在LO1上；系{O1}中XOY平面在系{O1}下的单位法向量为则P2与P′21所在直线方向向量与平行，即：
向量与在投影和为0，即：
(x21，y21，z21)·(l1，m1，n1)+(x′21，y′21，z′21)·(l1，m1，n1)＝0 (5)
联立(4)、(5)式得式(6)，即得P′21(x′21，y′21，z′21)；
利用(7)式求解LO1单位方向向量
联立(6)、(7)式，得LO1在系{O1}下方程公式(8)；
步骤1.4、获得入射光线所在直线LO3在系{O1}下的方程：
设P4关于系{O3}中XOY平面的对称点在系{O1}下坐标为P′41(x′41，y′41，z′41)，P3与P′41在LO3上；利用式(9)求解系{O3}中XOY平面在系{O1}下的单位法向量
则P41与P′41所在直线方向向量与平行，即：
与在投影和为0，即：
(x′41，y′41，z′41)·(l31，m31，n31)+(x41，y41，z41)·(l31，m31，n31)＝0 (11)
联立(10)、(11)式得式(12)，即得P′41(x′41，y′41，z′41)；
利用(13)式求解LO3单位方向向量
联立(12)、(13)式，得LO3所在直线在系{O1}下方程式(14)；
步骤1.5、在系{O1}下求解LO1与LO3间距；
利用公式(15)得LO1与LO3公垂线方向向量(l31，m31，n31)
联立(10)、(14)及(15)式，求解在LO1与LO3公垂线上投影模长，即LO1与LO3在系{O1}下间距d
式(16)即在系{O1}下LO1与LO3间距。
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