(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210743875.5 (22)申请日 2022.06.27 (71)申请人 北京工业大 学 地址 100124 北京市朝阳区平乐园10 0号 (72)发明人 陈洪芳　郭治博　 (74)专利代理 机构 北京思海天达知识产权代理 有限公司 1 1203 专利代理师 王兆波 (51)Int.Cl. B25J 9/16(2006.01) (54)发明名称 一种基于激光追踪仪多站位技术的工业机 器人运动学参数辨识方法 (57)摘要 本发明公开了一种基于激光追踪仪多站位 技术的工业机器人运动学参数辨识方法， 该方法 首先规划机器人工作空间内理论路径， 基于激光 追踪仪多站位技术测量得到机器人坐标系下规 划路径对应测量点的实际三维坐标， 基于激光追 踪仪多站位测量模型获得机器人末端定位误差； 然后， 基于机器人的运动学模型， 构建描述工业 机器人末端定位误差与24项运动学参数误差之 间关系的定位误差模型； 最后， 利用LASSO算法对 机器人24项 运动学参数进行精确辨识， 实现机器 人工业机 器人末端定位精度的提升 。 权利要求书1页 说明书5页 附图1页 CN 115107024 A 2022.09.27 CN 115107024 A 1.一种基于激光追踪仪多站位技术的工业机器人运动学参数辨识方法， 其特征在于： 规划机器人工作空间内理论路径； 构建工业机器人 的激光追踪仪多站位测量模型； 基于激 光追踪仪多站位技术测量得到机器人坐标系下规划路径对应测量点的三 维坐标； 基于激光 追踪仪多站 位测量模型获得机器人末端定位误差； 用改进D ‑H法对机器人进 行运动学建模， 并构建相 邻关节参考坐标系齐次变换矩阵； 根据齐次转换矩阵建立工业机器人位置误差模 型， 表现工业机器人末端定位误差与2 4项运动学参数误差 之间的关系； 利用LASSO算法求解 方程组准确辨识 24项运动学参数误差 ΔX。 2.如权利要求1所述的一种基于激光追踪仪多站位技术的工业机器人运动学参数辨识 方法， 其特 征在于， 在工业机器人工作空间内规划球 体运动路径， 随机生成6 0个球面点。 3.如权利要求1所述的一种基于激光追踪仪多站位技术的工业机器人运动学参数辨识 方法， 其特征在于， 构建工业机器人 的激光追踪仪多站位测量模型测量工业机器人 的定位 误差。 4.如权利要求1所述的一种基于激光追踪仪多站位技术的工业机器人运动学参数辨识 方法， 其特 征在于， 考虑测量精度和实验所需时间， 确定 激光追踪仪测量模型为四站位。 5.如权利要求1所述的一种基于激光追踪仪多站位技术的工业机器人运动学参数辨识 方法， 其特征在于， 基于激光追踪仪多站位技术测量得到机器人坐标系 下规划路径对应测 量点的实际三维坐标。 6.如权利要求1所述的一种基于激光追踪仪多站位技术的工业机器人运动学参数辨识 方法， 其特 征在于， 基于 激光追踪仪多站位 技术测量模型 得到工业机器人末端定位 误差。 7.如权利要求1所述的一种基于激光追踪仪多站位技术的工业机器人运动学参数辨识 方法， 其特征在于， 用改进D ‑H法对机器人进 行运动学建模： r 为工业机器人的自由度个数， r ＝1,2,3…,6； 确定Zr轴方向为沿关节轴r的轴向； 原点Or为关节轴r+1与r轴的交点或其公垂 线与关节轴Zr的交点； Xr轴沿公垂线ar轴的轴向， 由关节轴r指向关节轴r+1， 如果关节轴r和 关节轴r+1相交， 则规定Xr轴垂直与这两条 关节轴所在的平面； Yr轴按照右手定则确定； 当第 一个关节变量为0时， 规定坐标系{0}和坐标系{1}重合， 对于坐标系{n}， 其原点和xn轴的方 向任意选取， 在选取时使连杆参数为0； 改进D ‑H法的参数含义为 ①连杆长度ar： 定义为从Zr 移动到Zr+1的距离， 沿Xr轴指向为正， 其实质为公垂线的长度； ②连杆转角αr： 定义为从Zr旋 转到Zr+1的角度， 绕Xi轴正向旋转为正； ③连杆偏距dr： 定义为从Xr‑1移动到Xr的距离， 沿Zr 轴指向为正； 其实质为两条公垂线之间的距离； ④关节角 θr:定义为从Xr‑1旋转到Xr的角度， 绕Zr轴正向旋转 为正。 8.如权利要求1所述的一种基于激光追踪仪多站位技术的工业机器人运动学参数辨识 方法， 其特征在于， 基于用改进D ‑H法对机器人建立的运动学模型， 构建相邻关节参考坐标 系齐次变换矩阵。 9.如权利要求1所述的一种基于激光追踪仪多站位技术的工业机器人运动学参数辨识 方法， 其特 征在于， 根据齐次转换矩阵建立工业机器人位置误差模型。 10.如权利要求1所述的一种基于激光追踪仪多站位技术的工业机器人运动学参数辨 识方法， 其特 征在于， 利用LAS SO算法求 解方程组准确辨识 24项运动学参数误差 ΔX。权　利　要　求　书 1/1 页 2 CN 115107024 A 2一种基于激光追踪仪多站位技术的工 业机器人运动学参数辨 识方法 技术领域 [0001]本发明涉及 一种对工业机器人运动学参数误差辨识方法， 特别是基于多站位激光 追踪仪测量的技 术方法， 属于 工业机器人运动学参数辨识和误差补偿领域。 背景技术 [0002]随着工业机器人向精密加工和精密装配等领域的应用拓展， 对其绝对定位精度的 要求也越来越高， 工业机器人现有绝对定位精度水平已很难满足要求， 如何进一步提升工 业机器人的绝对定位精度已成为当务之急。 [0003]工业机器人的绝对定位误差主要是由运动学参数误差造成的， 占工业机器人末端 总误差的90％以上。 工业机器人的运动学参数误差补偿通常可分为四个方面： 建立运动学 模型， 搭建测 量系统获取定位误差， 基于机器人运动学误差模型 的参数辨识以及定位误差 分析和补偿。 机器人运动学参数辨识之前首先获得机器人的定位误差， 常用的测量设备有： 球杆仪、 经纬仪、 三坐标测量机、 多目视觉测量系统， 激光跟踪测量系统等。 综合考虑测量精 度、 测量效率、 测量范围和便携性， 激光跟踪测量技术无疑是检测工业机器人末端定位误差 的首选。 由于激光跟踪仪测量的精度有限， 且随测量范围的增大测量不确定度也会增大。 而 激光追踪仪采用标准球设计手段， 其机械旋转轴的偏差不会显著影响测 量精度， 使得激光 追踪仪空间距离的测量精度得到 了大幅度提高。 [0004]本发明使用激光追踪仪多站位测量技术测量工业机器人的定位误差。 获得工业机 器人定位误差 之后， 建立误差模 型， 对机器人运动学参数进 行辨识。 常用最小二乘法进行参 数辨识时， 最小二乘计算量小且收敛速度较快， 但是当复杂的系数矩阵为奇异矩阵时， 将在 数值计算过程中产生足以影响计算结果的误差， 使得参数误差辨识精度降低。 因此本发明 提出一种LASSO算法对工业机器人运动学参数进行辨识， 该算法在损失函数中引入正则化 项， 有效的解决了求解误差矩阵方程过程中， 系数矩阵不可逆等问题， 能更准确的辨识出运 动学参数误差 。 发明内容 [0005]引用(申请号/专利号： CN201610889315.5 “一种基于激光追踪仪多站位测量的四 轴机床标定方法 ”)中激光追踪仪多站 位测量技术。 本发明的目的是提供一种基于该激光追 踪仪多站位技术的工业机器人运动学参数辨识方法， 首先使用激光追踪仪多站 位技术测量 得到机器人坐标系下规划路径对应测量点的三维坐标， 并基于激光追踪仪多站 位测量模型 获得机器人定位误差； 然后， 基于机器人的运动学模型， 构建描述工业机器人末端定位误差 与24项运动学参数误差 之间关系的定位误差模型； 最后， 利用LASSO算法对机器人24项运动 学参数进行精确辨识， 实现工业机器人末端定位精度的提升 。 [0006]为达到以上目的， 本发明是采取如下技 术方案予以实现的： [0007]基于激光追踪仪多站位技术的工业机器人运动学参数辨识方法， 该方法包括以下说　明　书 1/5 页 3 CN 115107024 A 3