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申请/专利权人：天津大学

摘要：一种面向数字孪生的机器人标定方法：建立机器人标定的数字孪生模型；搭建机器人标定工作平台：执行机器人标定操作：根据寻优算法来寻找机器人末端执行器的空间位姿点；将测量位姿与得到的最优测量位姿组中的理想机器人末端执行器的空间位姿点相减获得位姿误差；对机器人的位姿误差进行补偿。本发明在机器人标定模型上，由线性叠加原理建立了机器人刚柔耦合误差模型，提高了模型的精确度；在机器人标定工作上，给出了详细简单的机器人标定流程，减少了机器人标定工作的复杂度；在数据测量上，利用寻优算法寻找机器人末端执行器的空间位姿点的最优测量位姿组，提高了辨识效率与辨识精度；在补偿方法上，根据机器人控制器开放程度给出了不同的补偿方法。

主权项：1.一种面向数字孪生的机器人标定方法，其特征在于，包括如下步骤：1建立机器人标定的数字孪生模型，包括：1.1根据要执行标定操作的机器人的外形几何参数，利用SolidWorks三维建模软件对机器人零部件进行三维建模，随后利用SolidWorks软件中的sw2urdf插件导出URDF模型功能包，完成机器人几何模块搭建；随后在Unity软件中利用URDFImporter软件包将机器人几何模块导入Unity软件中，最后利用Unity软件建立机器人三维展示平台；1.2利用改进的D-H参数法建立机器人运动学模型，包括：1.2.1建立机器人各关节坐标系；1.2.2确定机器人各连杆参数；1.2.3确定相邻关节坐标系之间的齐次变换矩阵Ai，对于给定的机械臂有两种情况：1.2.3.1当相邻两轴垂直时，根据建立好的关节坐标系通过两次旋转和两次平移建立起相邻关节坐标系之间的对应关系；1.2.3.2当相邻两轴平行时，根据建立好的关节坐标系通过三次旋转和一次平移建立起相邻关节坐标系之间的对应关系；使相邻两个坐标系重合在一起，用4个齐次变换矩阵来描述，记为Ai；按照从左到右依次相乘的原则，得到：Ai＝Rotzi-1,θiTrans0,0,diTransai,0,0Rotxi,αiRotyi,βi其中： 其中，当相邻两轴垂直时，消除Ai表达式中的Rotyi,βi；当相邻两轴平行时，消除Ai表达式中的Trans0,0,di；根据相邻关节坐标系之间的齐次变换矩阵、对应的连杆参数，确定机器人法兰末端坐标系{O6}相对于机器人基坐标系{O0}的位姿总变换0T6构成机器人运动学模型，表示为： 其中表示从机器人基坐标系{O0}到机器人法兰末端坐标系{O6}的旋转矩阵；表示机器人法兰末端坐标系相对于机器人基坐标系的位置坐标；式中：nx为机器人法兰末端坐标系X轴在机器人基坐标系X轴方向上的单位矢量；ny为机器人法兰末端坐标系X轴在机器人基坐标系Y轴方向上的单位矢量；nz为机器人法兰末端坐标系X轴在机器人基坐标系Z轴方向上的单位矢量；ox为机器人法兰末端坐标系Y轴在机器人基坐标系X轴方向上的单位矢量；oy为机器人法兰末端坐标系Y轴在机器人基坐标系Y轴方向上的单位矢量；oz为机器人法兰末端坐标系Y轴在机器人基坐标系Z轴方向上的单位矢量；αx为机器人法兰末端坐标系Z轴在机器人基坐标系X轴方向上的单位矢量；αy为机器人法兰末端坐标系Z轴在机器人基坐标系Y轴方向上的单位矢量；αz为机器人法兰末端坐标系Z轴在机器人基坐标系Z轴方向上的单位矢量；px为机器人法兰末端坐标系在机器人基坐标系的X轴方向上的位置坐标；py为机器人法兰末端坐标系在机器人基坐标系的Y轴方向上的位置坐标；pz为机器人法兰末端坐标系在机器人基坐标系的Z轴方向上的位置坐标；1.3在机器人运动学模型的基础上，根据偏微分理论及微分运动原理建立机器人几何误差模型；1.4由线性扭转弹簧理论建立机器人关节弹性变形模型；1.5由线性叠加原理建立机器人刚柔耦合误差模型ΔP，表示如下： 其中，ΔP为在机器人几何误差模型和机器人关节弹性变形模型影响下的机器人总体的位姿误差，即机器人刚柔耦合误差模型；ΔPk为机器人几何误差模型；ΔPf为机器人关节弹性变形模型；Hk为几何误差作用下机器人几何误差模型ΔPk的辨识矩阵； 为机器人末端工作负载作用下机器人关节弹性变形模型ΔPf的辨识矩阵Δηk为连杆参数误差；Kf为机器人关节刚度系数的矩阵形式；H为机器人刚柔耦合误差模型ΔP的辨识矩阵；Δλ为误差参数集，包括连杆参数误差和机器人关节刚度系数；2搭建机器人标定工作平台：3执行机器人标定操作，包括：3.1根据寻优算法来寻找机器人末端执行器的空间位姿点，即最优测量位姿组；3.2将测量位姿与得到的最优测量位姿组中的理想机器人末端执行器的空间位姿点相减获得位姿误差；3.3对机器人的位姿误差进行补偿。

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