1.一种柔性超冗余机械臂标定方法,其特征在于,包括:
基于MDH准则,建立冗余机械臂的名义正运动学模型,基于微分变换得到k个关节的雅k可比矩阵J,以及选择的第j个测量测量构型{θ1,…,θk}j的雅可比矩阵 其中,k为串联型k自由度超冗余机械臂的关节总数;
考虑关节柔性误差对冗余机械臂位姿误差的影响,计算第i关节所受重力矩MGi,以得到所有关节所受重力矩阵MG,并在该重力矩的基础上,得到第i关节产生的额外的关节转角δθiG=MGiλi,其中λi为第i关节的弹性系数,i=1,2,…,k;
在测量测量构型{θ1,…,θk}j下,通过位姿传感器及已知的机械臂名义MDH参数和冗余机械臂名义正运动学模型,得到关节k在测量构型{θ1,…,θk}j处的位姿误差向量Ej;
T
将所有关节的弹性系数λi与所有关节的MDH参数误差Δui归并至一个向量Δu=[Δu1 ,T T TΔu2 ,…,Δuk ,λ1,λ2,…,λk] ;在第j个测量构型下,建立Δu到Ej的映射关系Ej=JjΔu,并拓展为E=JΔu;
T T T T T T T T
其中,E=[E1 ,E2 ,…,En],J=[J1 ,J2 ,…,Jn],n为选择的测量构型的总数量;Δu为所有关节未知的MDH参数误差和所有关节的弹性系数构成的误差向量;Jj为Δu在第j个测k量构型处到位姿误差向量Ej的映射雅可比矩阵,基于J、 及MG构建的映射雅可比矩阵;
将由E=JΔu求解得到的Δu定义为首次辨识结果,进行迭代渐近辨识,得到最终的MDH参数和关节弹性系数的辨识结果,并以最终的MDH参数和关节弹性系数的辨识结果对MDH参数误差和关节弹性系数进行分步分类补偿,得到所有关节最终补偿后的转角指令。
2.如权利要求1所述柔性超冗余机械臂标定方法,其特征在于,考虑关节柔性误差对冗余机械臂位姿误差的影响,计算第i关节所受重力矩MGi,包括:将至少3个不共线的靶球安装在一个形状规则的支架上,测得支架与所有靶球的总重ms,结合垂直悬挂法和几何中心法确定所有靶球与支架的共同重心位置Pgs;
根据测得的各关节的质量mi,结合垂直悬挂法和几何中心法确定前k‑1个关节各自的重心位置Pgi;
根据共同重心位置Pgs和各关节各自的重心位置Pgi,得到关节i的所有后置关节的共同重心Pg的x、y、z坐标值,其中,后置关节包括传感器与支架;
确定共同重心Pg到第i关节轴线方向向量Zi的垂点Vg,并基于测得的支架与所有靶球的总重ms和各关节的质量mi,得到关节i所有后置关节总重力Gi,进而得到后置关节总重力Gi在基坐标系F0下表示为后置关节总重力向量Gg,由后置关节总重力向量Gg和共同重心Pg得到向量Gg的末端点坐标PG;
由末端点坐标PG和垂点Vg得到Gi同时垂直于力臂向量Li和关节轴线方向向量Zi的分力向量FGi,进而得到关节i所受重力矩MGi=±||FGi||·||Li||。
3.如权利要求1所述柔性超冗余机械臂标定方法,其特征在于,在测量测量构型{θ1,…,θk}j下,通过位姿传感器及已知的机械臂名义MDH参数和冗余机械臂名义正运动学模型,得到关节k在测量构型{θ1,…,θk}j处的位姿误差向量Ej,包括:在测量构型{θ1,…,θk}j处通过位姿传感器测得关节k的实际位姿Pka(j);
基于已知的机械臂名义MDH参数和冗余机械臂名义正运动学模型,在{θ1,…,θk}j处计算关节k名义位姿向量pk(j);
将实际位姿Pka(j)与关节k名义位姿向量pk(j)相减,得到关节k在测量构型{θ1,…,θk}j处的位姿误差向量Ej。
4.如权利要求1所述柔性超冗余机械臂标定方法,其特征在于,Jj为Δu在第j个测量构k型处到位姿误差向量Ej的映射雅可比矩阵,基于J、 及MG构建的映射雅可比矩阵,包括:其中:
式中,Ci为第i关节的MDH参数误差向量Δui到关节坐标系Fi的位姿误差的映射矩阵;
是第i关节DH参数误差到末端k关节位姿误差的映射雅可比矩阵, 是第i关节重力矩到末端k关节位姿误差的映射雅可比矩阵;MG为由所有关节所受重力矩MGi构成的对角矩阵。
5.如权利要求1所述柔性超冗余机械臂标定方法,其特征在于,将E=JΔu变形,得到的+ +Δu,为:Δu=JE,J为J的广义逆矩阵。
6.如权利要求1所述柔性超冗余机械臂标定方法,其特征在于,将由E=JΔu求解得到的Δu定义为首次辨识结果,进行迭代渐近辨识,得到最终的MDH参数和关节弹性系数的辨识结果,包括:将Δu定义为首次辨识结果Δu(0),将其乘以权重w后与u(0)相加得到u(1)=u(0)+wΔu(0);
其中,u(0)为MDH参数与关节弹性系数的名义值组成的向量;
+
将u(1)作为Δu带入E=JΔu中,重新建立式Δu=J E用于辨识当u(1)为名义值时的第一次迭代辨识结果Δu(1);
重复迭代上述步骤,若每次迭代所得||Δu||呈上升趋势,则迭代发散,此时减小权重w重新计算u(1);若||Δu||呈下降趋势,则迭代收敛,直至满足||Δu||<ε,ε为根据标定精度需求而设定的阈值,此时若迭代次数为q‑1,则所得u(q)=u(q‑1)+wΔu(q‑1)为最终的MDH参数和关节弹性系数的辨识结果。
7.如权利要求1所述柔性超冗余机械臂标定方法,其特征在于,以最终的MDH参数和关节弹性系数的辨识结果对MDH参数误差和关节弹性系数进行分步分类补偿,得到所有关节最终补偿后的转角指令,包括:在任意测量构型处取u(q)‑u(0)中的第4i‑1个参数δθi作为第i关节零位误差,进而在控制系统中同步补偿所有δθi;
取u(q)作为机械臂名义MDH参数进行逆运动学求解;
在逆解所得关节i转角指令上减去λi(q)MGi,得到所有关节最终补偿后的转角指令;其中,MGi为关节i在上述逆解处所受重力矩,λi(q)为第q次辨识的关节弹性系数的辨识结果。
8.一种柔性超冗余机械臂标定系统,其特征在于,包括:
第一处理模块,基于MDH准则,建立冗余机械臂的名义正运动学模型,基于微分变换得k到k个关节的雅可比矩阵J ,以及选择的第j个测量测量构型{θ1,…,θk}j的雅可比矩阵其中,k为串联型k自由度超冗余机械臂的关节总数;
第二处理模块,考虑关节柔性误差对冗余机械臂位姿误差的影响,计算第i关节所受重力矩MGi,以得到所有关节所受重力矩阵MG,并在该重力矩的基础上,得到第i关节产生的额外的关节转角δθiG=MGiλi,其中λi为第i关节的弹性系数,i=1,2,…,k;
位姿误差向量模块,在测量测量构型{θ1,…,θk}j下,通过位姿传感器及已知的机械臂名义MDH参数和冗余机械臂名义正运动学模型,得到关节k在测量构型{θ1,…,θk}j处的位姿误差向量Ej;
映射模块,将所有关节的弹性系数λi与所有关节的MDH参数误差Δui归并至一个向量ΔT T T Tu=[Δu1 ,Δu2 ,…,Δuk ,λ1,λ2,…,λk] ;在第j个测量构型下,建立Δu到Ej的映射关系Ej=JjΔu,并拓展为E=JΔu;
T T T T T T T T
其中,E=[E1 ,E2 ,…,En],J=[J1 ,J2 ,…,Jn],n为选择的测量构型的总数量;Δu为所有关节未知的MDH参数误差和所有关节的弹性系数构成的误差向量;Jj为Δu在第j个测k量构型处到位姿误差向量Ej的映射雅可比矩阵,基于J、 及MG构建的映射雅可比矩阵;
辨识补偿模块,将由E=JΔu求解得到的Δu定义为首次辨识结果,进行迭代渐近辨识,得到最终的MDH参数和关节弹性系数的辨识结果,并以最终的MDH参数和关节弹性系数的辨识结果对MDH参数误差和关节弹性系数进行分步分类补偿,得到所有关节最终补偿后的转角指令。
9.一种存储一个或多个程序的计算机可读存储介质,其特征在于,所述一个或多个程序包括指令,所述指令当由计算设备执行时,使得所述计算设备执行如权利要求1至7所述方法中的任一方法。
10.一种计算设备,其特征在于,包括:一个或多个处理器、存储器及一个或多个程序,其中一个或多个程序存储在所述存储器中并被配置为所述一个或多个处理器执行,所述一个或多个程序包括用于执行如权利要求1至7所述方法中的任一方法的指令。