CN105643642B - 一种机器臂的定位方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种机器臂的定位方法，通过设定第一关联因数和第二关联因数，对各个活动关节的角度进行依次修正。本发明能够解决现有技术的不足，改变了现有技术的修正方法，提高了多自由度的机器臂误差修正的速度。
Description
技术领域
本发明涉及机器人控制技术领域，尤其是一种机器臂的定位方法。
背景技术
多自由度的机器臂的定位控制是多自由度机器臂的一大难点，若对机器臂末端的定位误差不进行修正，则会在多次移动过程中产生误差累积，最终致使机器臂无法正常工作。现有技术中对于多自由度机器臂的定位一般是通过独立的终端测量装置，对于机器臂的末端位置进行测量，从而达到机器臂末端位置误差修正的目的。例如中国发明专利CN102121827B公开了一种移动机器人定位系统及其定位方法，使用超声激光和航位推测定位系统对机器人进行独立的定位和位置修正；除此之外，还有实用GPS、陀螺仪、全息图像等多种不同的方式进行定位和位置修正的方法。不过，这类现有技术的方法都是直接对需要定位的终端进行直接测量，并根据测量结果进行误差修正，由于多自由度机器臂的活动关节为串联设置，所以针对终端测量结果对多个自由度的机器臂进行误差修正时，会由于每个活动关节相互串联影响，造成修正时间过长。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种器臂的定位方法，能够解决现有技术的不足，改变了现有技术的修正方法，提高了多自由度的机器臂误差修正的速度。
为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案如下。
一种机器臂的定位方法，步骤如下：
A、在机器臂已有的设置在活动关节上的编码器的基础上，在机器臂的每个活动关节设置一个独立的角度检测装置，对机器臂每个活动关节的角度进行测量；
B、控制终端使用编码器采集到的活动关节的转动角度对机器臂的运动轨迹进行控制；
C、通过角度检测装置对机器臂上每个活动关节实际位置的测量，得出活动关节的实际角度与目标角度的误差；
D、设定每个活动关节的角度误差与机器臂末端位置的第一关联因数和每个活动关节与其下游活动关节的第二关联因数，然后使用第一关联因数和第二关联因数对每一个活动关节进行角度调整；
其中，下游活动关节的定义为：目标活动关节与机器臂末端之间与目标活动关节直接连接的活动关节，称为目标活动关节的下游活动关节。
作为本发明的一种优选技术方案，步骤D中，调整顺序为由机器臂与底座连接的第一个活动关节开始依次向机器臂的末端方向调整。
作为本发明的一种优选技术方案，步骤D中，对于第一关联因数和第二关联因数的使用方法为，使用目标活动关节的第一关联因数确定目标活动关节与机器臂末端之间的第一正向系数，使用目标活动关节的第二关联因数确定目标活动关节与其下游活动关节的第一中间正向系数，然后使用下游活动关节与机器臂末端之间的第一关联因数确定下游活动关节与机器臂末端之间的第二中间正向系数，最后使用第一中间正向系数和第二中间正向系数得到目标活动关节与机器臂末端之间的第二正向系数，通过第一正向系数和第二正向系数的加权数据融合结构确定目标活动关节的调整角度。
采用上述技术方案所带来的有益效果在于：本发明通过对多自由度机器臂上每个活动关节的单独测量，针对每个活动关节触点误差进行依次修正；修正过程中，根据每个活动关节相互关联系数的大小，对活动关节调整的幅度进行针对性地改变，从而实现减少活动关节调整幅度，减少同一活动关节往复调整的次数，缩短了整个机器臂的调整时长。
附图说明
图1是本发明中确定第一关联因数和第二关联因数的原理图。
图2是本发明中反向修正过程中确定修正系数的原理图。
具体实施方式
一种机器臂的定位方法，步骤如下：
A、在机器臂已有的设置在活动关节上的编码器的基础上，在机器臂的每个活动关节设置一个独立的角度检测装置，对机器臂每个活动关节的角度进行测量；
B、控制终端使用编码器采集到的活动关节的转动角度对机器臂的运动轨迹进行控制；
C、通过角度检测装置对机器臂上每个活动关节实际位置的测量，得出活动关节的实际角度与目标角度的误差；
D、设定每个活动关节的角度误差与机器臂末端位置的第一关联因数和每个活动关节与其下游活动关节的第二关联因数，然后使用第一关联因数和第二关联因数对每一个活动关节进行角度调整；
其中，下游活动关节的定义为：目标活动关节与机器臂末端之间与目标活动关节直接连接的活动关节，称为目标活动关节的下游活动关节。
值得注意的是，步骤D中，调整顺序为由机器臂与底座连接的第一个活动关节开始依次向机器臂的末端方向调整。
此外，步骤D中，对于第一关联因数和第二关联因数的使用方法为，使用目标活动关节的第一关联因数确定目标活动关节与机器臂末端之间的第一正向系数，使用目标活动关节的第二关联因数确定目标活动关节与其下游活动关节的第一中间正向系数，然后使用下游活动关节与机器臂末端之间的第一关联因数确定下游活动关节与机器臂末端之间的第二中间正向系数，最后使用第一中间正向系数和第二中间正向系数得到目标活动关节与机器臂末端之间的第二正向系数，通过第一正向系数和第二正向系数的加权数据融合结构确定目标活动关节的调整角度。
其中，角度检测装置优选为光栅。第一关联因数为sinα1，第二关联系数为sinα2，α1为目标活动关节和机器臂末端的连线与目标活动关节和下游活动关节之间连接臂的夹角，α2为下游活动关节两侧的两个活动关节的连线与目标活动关节和下游活动关节之间连接臂的夹角。
第一正向系数：
第一中间正向系数：
第二中间正向系数：
第二正向系数：
角度误差调整比例：
其中，x1、x2、x3为目标活动关节的三维位置误差，y1、y2、y3为下游活动关节的三维位置误差，L1为目标活动关节与机器臂末端连线的长度，L2为目标活动关节与下游活动关节之间连接臂的长度。
在进行完上述调整后，机器臂的末端达到目标位置，但是其中的各个活动关节还存在一定的位置误差，这时从距离机器臂末端最近的活动关节开始，进行反向修正，修正过程中始终保持每一段连接臂靠近机器臂的一端位置不变，单独对另一端的位置进行修正。这一修正过程不会影响机器臂末端的位置，可在机器臂静止时进行，所以不影响整个机器臂的修正时间。修正过程中，修正系数为：
Δ2＝L cosα3，
其中，L为修正端点靠近机器臂末端一侧的连接臂的长度，α3为修正端点处两个连接臂的夹角。
下表为6自由度机器臂使用本发明技术方案和使用现有技术的技术方案进行定位修正的调整时间：
| 试验序号 | 本发明(毫秒) | 现有技术(毫秒) |
| 第一次 | 21 | 95 |
| 第二次 | 20 | 82 |
| 第三次 | 32 | 112 |
而且，经过实验发现，自由度越多的机器臂，使用本发明的技术方案时，调整时间减少的效果越明显。
上述描述仅作为本发明可实施的技术方案提出，不作为对其技术方案本身的单一限制条件。
Claims (3)
1.一种机器臂的定位方法，其特征在于步骤如下：
A、在机器臂已有的设置在活动关节上的编码器的基础上，在机器臂的每个活动关节设置一个独立的角度检测装置，对机器臂每个活动关节的角度进行测量；
B、控制终端使用编码器采集到的活动关节的转动角度对机器臂的运动轨迹进行控制；
C、通过角度检测装置对机器臂上每个活动关节实际位置的测量，得出活动关节的实际角度与目标角度的误差；
D、设定每个活动关节的角度误差与机器臂末端位置的第一关联因数和每个活动关节与其下游活动关节的第二关联因数，然后使用第一关联因数和第二关联因数对每一个活动关节进行角度调整；
其中，下游活动关节的定义为：目标活动关节与机器臂末端之间与目标活动关节直接连接的活动关节，称为目标活动关节的下游活动关节。
2.根据权利要求1所述的机器臂的定位方法，其特征在于：步骤D中，调整顺序为由机器臂与底座连接的第一个活动关节开始依次向机器臂的末端方向调整。
3.根据权利要求2所述的机器臂的定位方法，其特征在于：步骤D中，对于第一关联因数和第二关联因数的使用方法为，使用目标活动关节的第一关联因数确定目标活动关节与机器臂末端之间的第一正向系数，使用目标活动关节的第二关联因数确定目标活动关节与其下游活动关节的第一中间正向系数，然后使用下游活动关节与机器臂末端之间的第一关联因数确定下游活动关节与机器臂末端之间的第二中间正向系数，最后使用第一中间正向系数和第二中间正向系数得到目标活动关节与机器臂末端之间的第二正向系数，通过第一正向系数和第二正向系数的加权数据融合结构确定目标活动关节的调整角度。
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