发布时间：2024-01-26 13:25:11   来源：安博电竞

  ：并联机器人因其结构紧密相连、刚度大、承载能力强等优点而大范围的应用于军事、医药、电子等领域。零点是机器人坐标系的基准，无法确定零点的机器人就无法判断自身位置，更难以精确控制其运动轨迹。通常在出厂之前厂家会对工业机器人的机械参数进行标定，给出各连杆的参数及零点位置。据分析，我国自主研发的机器人相对出现零点位置丢失的现象较为严重，如突然断电、与环境发生碰撞、超越机械极限位置、手移动机器人关节等均会造成零点的丢失。如何快速、简易并精确地找到机器人零点位置是精确控制机器人运动的前提和保证。然而，目前尚未存在一种简易精确的找回零点的方法。如中国专利公开号为CN104354166B的一种三自由度并联机器人零点标定方法，在机器人静平台和动平台之间安装一把带刻度的伸缩尺以实时测量动、静平台间的距离，该方法可精确地找到机器人零点，但需通过球副将伸缩尺与动、静平台连接，操作不便。技术实现要素：本发明为解决上述技术问题而提供一种三自由度并联机器人的运动学标定方法，采用该方法能够在三自由度高速并联机器人零点丢失的情况下简易、快速、精确地找回零点，以提高该类高速并联机器人的精度定位。一种三自由度并联机器人零点标定方法，包括以下步骤：一)布置静平台：在静平台末端安装一个激光传感器；二)布置动平台：在动平台相对于静平台的等效中心处放置一圆形纸片，用以接收激光传感器发射出的激光；三)建立空间坐标系：在三自由度并联机器人的工作平面内建立一个空间直角坐标系，并将直角坐标系原点设定在静平台上；四)移动动平台：将动平台移动到工作空间内的任一位置，并记录当前位置激光传感器所示动平台与静平台间的距离H1，然后控制动平台沿x方向挪动一个固定增量Δx，并记录当前位置激光传感器所示动平台与静平台间的距离H2，然后控制动平台沿y方向挪动一个固定增量Δy，并记录当前位置激光传感器所示动平台与静平台间的距离H3，最后控制动平台在其工作空间内分别沿z方向挪动一个固定增量Δz，并记录当前位置电传感所示动平台与静平台间的距离H4；五)计算机器人主动臂空间位置：建立机器人通过计算得到动平台经三次移动后所处位置的坐标；然后根据逆运动学模型即可得到三次平移后机器人主动臂与水平面的夹角，然后使主动臂驱动电机转动相应角度，带动机器人主动臂旋转至其工作空间内的水平位置，完成三自由度并联机器人零点标定工作。所述步骤二)建立的直角坐标系O-xyz，以三个主动臂旋转中心的内切圆的圆点作为坐标系的原点O，以其中一个主动臂的旋转中心与原点O的连线为y轴，且正方向为原点O到主动臂旋转中心的方向；z轴过原点，且以垂直于静平台平面向上的方向为正方向；x轴可由右手定则确定。所述步骤三)动平台移动三次后所处位置的坐标O′为(x+Δx,y+Δy,z+Δz)，且有：(x+x)2+y2+z2-x2+y2+z2=H2-H1(x+x)2+(y+y)2+z2-(x+x)2+y2+z2=H3-H2(x+x)2+(y+y)2+(z+z)2-(x+x)2+(y+y)2+z2=H4-H3]]

  通过求解上式可获得三次移动后动平台的位置参数，继而可获得三次移动后机器人主动臂与水平面的夹角：i=2arctan-Ei-Ei2-Gi2+Fi2Gi-Fi,(i=1~3)---(1)]]

  式(1)中：Ei＝2l1(r-ei)TzFi＝-2l1(r-ei)T(cosβix+sinβiy)Gi=(r-ei)T(r-ei)+l12-l22]]

  式中，x、y和z分别表示坐标系O-xyz各坐标轴的单位矢量；r表示动平台参考点O′的位置矢量；ei表示主动臂旋转中心的位置矢量；l1和l2分别为支链i主动臂和从动臂的杆长；βi表示静平台结构角，且本发明的有益效果是：1)不需要复杂的算法及标定工具，整个标定过程简易方便；2)本发明能够达到较高的标定精度，可达0.02um；3)整个标定过程简洁快速，保证了机械手的运动效率。附图说明下面结合附图和实施例对发明进一步说明。图1为本发明的整体结构示意图。具体实施方式为了使本发明实现的技术方法、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面对本发明进一步阐述。如图1所示，三自由度高速并联机器人包括静平台1、动平台4及三条拓扑结构相同的运动支链，每条运动支链均包括主动臂2和从动臂3两部分。为实现本发明的标定方法，需要在静平台1末端安装一个激光传感器5，以便实时测量静平台1和动平台4之间距离的变化。在三自由度并联机器人工作空间内建立直角坐标系O-xyz，以三个主动臂旋转中心的内切圆的圆点作为坐标系的原点O，以其中一个主动臂的旋转中心与原点O的连线为y轴，且正方向为原点O到主动臂旋转中心的方向；z轴过原点，且以垂直于静平台平面向上的方向为正方向；x轴可由右手定则确定。将机器人动平台移动到工作空间内的任一位置O(x,y,z)，并记录当前位置传感器所示动平台与静平台间的距离H1，然后控制机器人动平台沿x方向挪动一个固定增量Δx，并记录当前位置传感器所示动平台与静平台间的距离H2，接着控制机器人动平台沿y方向挪动一个固定增量Δy，并记录当前位置传感器所示动平台与静平台间的距离H3，最后控制并联机器人动平台在其工作空间内分别沿z方向挪动一个固定增量Δz，并记录当前位置传感器所示动平台与静平台间的距离H4，上述机器人动平台的三次移动务必在其工作空间范围内完成。(x+x)2+y2+z2-x2+y2+z2=H2-H1(x+x)2+(y+y)2+z2-(x+x)2+y2+z2=H3-H2(x+x)2+(y+y)2+(z+z)2-(x+x)2+(y+y)2+z2=H4-H3---(1)]]

  由式(1)可求得机器人初始位置O(x,y,z)，进而求得机器人动平台经三次移动后所处位置O(x+Δx,y+Δy,z+Δz)。在坐标系下，动平台经三次移动后所处位置点O的位置矢量r＝(x+Δx,y+Δy,z+Δz)T可表示为：r＝ei+l1ui+l2wi,(i＝1～3)(2)式(2)中，ei＝e(cosβisinβi0)T,(i＝1～3)在图1中表示O到Ai的向量；e表示静平台与动平台的外接圆半径差；βi表示静平台结构角，l1，l2分别为支链i主动臂和从动臂的杆长，ui，wi分别为支链i主动臂和从动臂杆长的单位矢量，且：ui＝(cosθicosβicosθisinβi-sinθi)T(3)式(3)中，θi表示主动臂i(i＝1,2,3)与水平面的夹角。结合(2)、(3)两式，并写成三角函数的形式，有：Eisinθi+Ficosθi+Gi＝0(4)式(4)中：Ei＝2l1(r-ei)TzFi＝-2l1(r-ei)T(cosβix+sinβiy)(5)Gi=(r-ei)T(r-ei)+l12-l22]]

  式(5)中x，y和z分别表示坐标系O-xyz各坐标轴的单位矢量。结合万能公式，化简(4)式，得：i=2arctan-Ei-Ei2-Gi2+Fi2Gi-Fi,i=1~3---(6)]]

  由(6)式计算获得三次移动机器人动平台后主动臂与水平面之间的夹角θi，令i＝1，计算获得θ1，令i＝2，计算获得θ2，令i＝3，计算获得θ3，控制三个主动臂分别转动(θi－θ0)能够保证机器人处于零点位置，其中，θ0是三个主动臂理论零位与水平面的夹角。即完成了三自由度高速并联机器人零点标定工作。上述坐标系的建立方法，是为了简化之后的计算过程，采用其他的建系方法及相同的计算方式也能得到相同的结果。这是本领域的普通技术人员容易想到的，在此不再赘述。以上显示和描述了本发明的基础原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书里面描述的只是本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。当前第1页123

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