机器人运动学标定综述

从基于运动学模型的几何参数标定、机器人自标定、神经网络的正标定和逆标定三个方面,对机器人运动学标定方法及其研究现状进行了分析总结。详细介绍了每种标定方法的特点、存在的问题以及研究现状。最后对多机器人协作系统的标定以及运动学标定的发展方向进行了简要论述。     

基于指数积公式的串联机构运动学参数辨识实验

将指数积公式引入基于关节运动轨迹的串联机构运动学参数辨识.利用坐标测量仪测量各关节的运动轨迹,处理测量数据,得到各关节的运动轨迹方程.根据指数积公式对移动副和转动副的定义,直接从关节运动轨迹方程得到实际的关节旋量和实际的关节变量计数当量,从而避免了繁琐的各连杆坐标系的构建过程和坐标变换矩阵的还原过程.该方法已用于数字化...     

一种新型机器人自标定装置及其算法

针对传统基于几何约束的机器人自标定装置仅能对局部工作空间内的机器人位型进行标定测量的问题,提出了一种由安装于机器人末端的球心位置测量装置和可移动球杆组成的新型便携式机器人自标定装置,通过利用球面约束和距离约束,可在较大工作空间内对机器人进行标定测量,从而提高标定结果的可靠性.根据可移动球杆的单、双球布置方式,分别建立了基于向量差和距离差的2种机器人自标定模型及其算法.通过采用局部指数积公式并引入位置伴随变换矩阵,简化了2种自标定模型,从而降低了对运动学方程线性化的计算量.最后,对一种6自由度串联机器人进行了仿真实验,实验结果表明2种自标定算法均能够快速收敛,验证了2种算法的有效性和鲁棒性.     

医用机器人运动学参数最优化设计

提出了一种实用的医用机器人运动学参数误差的优化补偿方法．采用D-H方法建立起机器人连杆坐标系．在运动学分析和模型变换的基础上,运用数值优化技术建立了机器人运动学参数的误差方程,实现了运动学参数的优化设计,有效提高了机器人的重复定位精度．以仿真和实验验证的方式对优化结果进行了分析．     

一种基于指数积的移动机械臂联合标定方法

提出一种基于指数积的移动机械臂联合标定方法,以实现移动平台和机械臂两者间位姿标定与机械臂运动学参数标定模型的统一.机械臂运动学参数标定使用最多的是基于D-H参数法,但D-H参数法无法克服相邻关节平行或接近平行时的奇异性问题,以及建模过程复杂、建模后的模型通用性差等问题.基于指数积的移动机械臂联合标定方法建模时不会因为关节轴平行而出现奇异性问题,建模过程简单.通过对整个系统的运动学方程进行微分运算,获得末端位姿误差和移动机械臂零位状态旋量误差及关节旋量误差的线性化模型.利用伴随矩阵方式建立关节旋量理论值与关节旋量实际值的关系,并通过改变伴随矩阵实现基于最小二乘法的参数辨识计算过程中参数更新.使用高精度激光跟踪仪作为测量工具,通过实验验证所提出方法的有效性.     

基于双目视觉动态跟踪的机器人标定

采用双目视觉动态跟踪技术对自主研发的工业机器人进行运动学标定。区别于以往机器人运动学标定中复杂模型计算,在此利用双目视觉动态跟踪系统的静态测量和动态跟踪等优势特性来跟踪测量机器人的连杆参数误差,结合机器人控制系统开放性特点,运用提出的动态标定原理对机器人实施连杆参数测量、辨识、修正及补偿。实验表明,通过参数反馈补偿,自主研发的机器人的定位误差明显降低,且该方法易于实现,为机器人精度研究提供了可靠依据。     

机器人理论关节参数的标定方法及软件设计

本文研究了机器人机构理论控制模型中采用的D-H关节参数的标定方法,并编制了相应的计算机应用软件。应用这一方法和软件标定机器人的理论关节参数,对机器人实施误差综合补偿,提高机器人的精度,是特别重要的。对PUMA 562机器人进行了实测与标定。     

基于混合算法的空间机器人运动学参数辨识

外太空环境恶劣,空间遥操作机器人结构在太空环境作业时会产生形变,而且其加工生产也存在加工误差,空间遥机器人的形变引起DH参数的误差,为了完成空间机器人系统的地而仿真预测,并且确保空间遥操作机器人完成工作任务,必须根据遥测数据准确的辨识出空间机器人系统的运动学参数.提出了混合非线性参数辨识的LM(Levenberg-Marquarat)和递推最小二乘办法的混合辨识算法.最后,给出了办法的实例仿真,说明了辨识算法的稳定性,能够完成对空间遥操作机器人的运动学参数的辨识.     

基于6参数模型的6R串联机器人运动学参数辨识

为了避免运动学参数误差辨识中存在参数不连续、计算收敛速度慢的现象,基于一种6参数模型,在DH(Denavit-Hartenberg)法建立的杆件坐标系上建立了6R串联机器人的误差模型,并给出了参数转化公式.设计了计算机仿真实验,在存在驱动器、测量仪器随机噪声误差的条件下对比了使用MDH(改进DH)参数误差模型和6参数模型的仿真辨识效果.6参数模型和MDH模型辨识后定位平均误差分别降低了96.1%和52.9%.结果显示6参数模型具有良好的完备性、连续性.6参数模型的误差参数范围可以从制造公差中得出,辨识速度高于MDH模型,通过公差控制参数范围,消除了没有达到极小性要求对误差辨识的影响.应用此方法对一台SR165型机器人进行参数辨识,定位平均误差由2.5 mm降低至0.35 mm.     

基于MATLAB的模块化机器人手臂运动学算法验证及运动仿真

针对由模块化关节构成的六自由度串联机器人手臂, 采用DH法对手臂的操作空间进行了描述, 得到了正运动学模型; 采用欧拉角表示手臂姿态, 得到了包含六个参数的用于表示手臂位姿的完备广义坐标, 并对欧拉角的几何关系进行了分析。针对SolidWorks虽然实体建模简洁方便但计算并非其强项的缺点, 编写相应接口程序, 将建立的手臂三维实体模型保留几何约束关系简化后导入MATLAB软件。基于MATLAB编写正逆运动学算法验证程序以及连杆驱动程序, 实现了手臂的仿真运动。通过仿真, 不仅更进一步验证了手臂正逆运动学解算的正确性, 而且非常直观地看出手臂末端在空间中运行的路径以及各关节的动作情况。机器人手臂正逆运动学算法正确性的验证及运动仿真为手臂的精确定位及其路径规划提供了必要的保证。     

改进型二维位置敏感探测器检测误差的校正

分析了改进表面分流型二维位置敏感探测器(PSD)的工作原理及信号调理电路,针对PSD位置检测误差大的缺点,设计了利用万能工具显微镜进行标定的实验系统,运用误差理论对传感器在A区和B区的X向及Y向位置测试数据进行了校正。实验结果表明:应用这种校正方法,可减少PSD的位置检测误差,其中,A区位置检测误差可减少到±0.02mm。     

机器人的位姿标定及其误差补偿

本文用建立机器人目标空间转换矩阵的方法,通过对机器人几点位姿的标定,从而补偿这几点及以这几点为中心的小区域的误差.这种方法简便实用,仅用标定和增加一些软件的方法可使工业机器人位姿精度大大提高.     

一种9-DOF模块化机器人的运动学反解

本文针对德国AMTEC公司生产的一种9-DOF模块化机器人提出了一种新颖的运动学反解 方法．这种方法运用螺旋理论并通过分析机器人的结构特征将机器人分解成几个相对解耦的 子结构,通过给系统增加三个约束,可以得出在给定末端位姿下的全部关节角．由于模块化 机器人理论上可以组合成任何形式上的机器人系统,所以这种解法对其它机器人系统有一定 的借鉴意义．     

基于末端转角误差的并联机器人零点标定方法

针对一种4自由度高速并联机器人（Cross-IV机器人）的零点标定问题,提出了一种基于末端转角误差信息的快速零点标定方法．基于机器人的单支链闭环矢量方程,建立了零点误差全集与末端误差之间的映射模型．通过对误差传递矩阵的分解,在仅利用旋转编码器对末端转角误差进行测量的基础上,构建了该机器人的快速零点误差辨识模型．为进一步最大化测量效率及提高辨识矩阵的鲁棒性,提出了一种优化的测量点选择方案．通过仿真详细验证了该零点标定方法的鲁棒性与准确性．基于激光跟踪仪的验证实验表明,经标定后机器人末端位置误差降低至1.312 mm,转角误差降低至0.202°,标定结果表明该零点标定方法简单、有效．     

Motor Imagery and Error Related Potential Induced Position Control of a Robotic Arm

The paper introduces an electroencephalography (EEG) driven online position control scheme for a robot arm by utilizing motor imagery to activate and error related potential (ErrP) to stop the movement of the individual links, following a fixed (pre-defined) order of link selection. The right (left) hand motor imagery is used to turn a link clockwise (counterclockwise) and foot imagery is used to move a link forward. The occurrence of ErrP here indicates that the link under motion crosses the visually fixed target position, which usually is a plane/line/point depending on the desired transition of the link across 3D planes/around 2D lines/along 2D lines respectively. The imagined task about individual link's movement is decoded by a classifier into three possible class labels:clockwise, counterclockwise and no movement in case of rotational movements and forward, backward and no movement in case of translational movements. One additional classifier is required to detect the occurrence of the ErrP signal, elicited due to visually inspired positional link error with reference to a geometrically selected target position. Wavelet coefficients and adaptive autoregressive parameters are extracted as features for motor imagery and ErrP signals respectively. Support vector machine classifiers are used to decode motor imagination and ErrP with high classification accuracy above 80%. The average time taken by the proposed scheme to decode and execute control intentions for the complete movement of three links of a robot is approximately 33 seconds. The steady-state error and peak overshoot of the proposed controller are experimentally obtained as 1.1% and 4.6% respectively.      

L型阵列通道不一致及阵元位置误差的联合校正方法

针对L型阵列中通道不一致和阵元位置误差同时存在的情况,利用辅助阵列和校正源,提出一种L型阵列通道不一致和阵元位置误差的解耦合估计方法.该方法计算量小,不需要误差参数的任何先验知识,且校正源的位置可以未知.理论分析和仿真结果表明,提出的方法能很好地解决L型阵列中通道不一致和阵元位置误差的联合校正问题,且两种误差的估计精度高.     

Globally exponential controller/observer for tracking in robots without velocity measurement

In this work, we present an observer and continuous controller for a multiple degree of freedom robotic plant without velocity measurement. For this considered plant, we propose and present an observer/controller that estimates or observes the velocity and drives the position tracking error to zero. We prove that the combined tracking error and observer error converges to zero globally exponentially and that all closed loop signals remain bounded. A contribution of the present paper, as compared to previous work for this same plant, can be deemed to be the globally‐exponential convergence of the present paper versus the semi‐globally exponential and globally asymptotic results of previous papers. To the best of our knowledge, the present paper is the first proven globally‐exponential result for this plant and also the first global result for which the size of the control torque does not increase exponentially with respect to the size of the tracking error. The control torque is continuous; however, the time derivative of the velocity estimate is discontinuous but only at isolated time instants. No sliding modes are used. Copyright © 2010 John Wiley and Sons Asia Pte Ltd and Chinese Automatic Control Society