工业机器人运动学逆向建模

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1、工业机器人运动学逆向建模张永贵，刘晨荣，刘鹏（兰州理工大学机电工程学院，甘肃兰州730050）摘要：针对工业机器人在缺乏运动学参数的情况下，进行机器人运动学逆向建模的研究，给出了机器人机座坐标系位置及杆件参数的识别方法，建立了机器人的运动学方程。并分析了计算的末端位姿与示教器显示末端位姿存在的偏差，指出从机器人示教器上读出的关节转角数据存在舍入误差，采用遗传算法分别以位置误差和位姿误差为目标函数进行了辨识。辨识结果表明，以位姿误差为目标函数来辨识关节转角误差的辨识结果是准确的。试验结果表明，提出的机器人运动学逆向建模方法是有

2、效的。关键词：机器人；运动学逆向建模；参数识别中图分类号：TH16；TP24文献标识码：A文章编号：1001-3997（2014）11-0123-03InverseModelingoftheIndustrialRobotKinematicsZHANGYong-gui，LIUChen-rong，LIUPeng（CollegeofMechanicalandElectricalEngineeringofLanzhouUniversityofTechnology，GansuLanzhou730050，China）Abstract：U

3、ndertheconditionoflackingkinematicsparameterofindustrialrobot，theresearchaboutinversemodelingoftherobotisconducted，themethodofidentifyingthepositionofrobot'sengineandparametersofmemberbarsisgivenandthekinematicsequationisestablished.Alsothedeviationbetweenthecalcul

4、atedend-poseandthedisplayedend-poseonthedemonstratorisanalyzed.Itispointedoutthatthereisround-offerrorinjointangledatawhichdisplayedontherobotdemonstrator，sopositionerrorandposeerrorwhicharetakenasobjectivefunctionrespectivelyareidentifiedaccordingtogeneticalgorith

5、m.Theidentifyingresultshowsthattheresultisaccuratewhenposeerroristakenasobjectivefunctiontoidentifythejointangle.Theexperimentresultshowsthattheinversemodelingmethodofindustrialrobotkinematicsiseffective.KeyWords：Robot；KinematicsReverseModeling；ParametersIdentifica

6、tion1引言工业机器人是一种仿人操作、能在三维空间完成各种作业的机电一体化自动化生产设备。特别适合于多品种、变批量的柔性生产[1]。在工业现场工作的机器人中不乏有些工业机器人工作的时间比较长，精度损耗较大，已经无法满足工业的要求，需要对其重新进行运动学标定。或者由于各种原因造成的机器人技术资料丢失，在不知其各项参数的情况需要使用机器人时，首先需要对其重新进行运动学标定。机器人运动学是机器人动力学分析、运动控制和应用的基础，因此运动学模型的建立是极其重要的。研究表明，机械臂定位精度误差中的95%由所建运动学模型的不准确引起的

7、[2]。在研究机器人运动学时，国内外学者普遍采用DH参数法或修正的MD—H参数法来进行建模[3-8]。讨论了在工业机器人各项名义参数未知时，根据示教器建立运动学模型的逆向建模方法。并基于位置误差和位姿误差运用遗传算法对机器人转角随机舍入误差进行了辨识。2机器人运动学模型采用DH法建立机器人的运动学方程。定义机器人不同位姿时，坐标系∑i+1与坐标系∑i的变换矩阵为：Ai+1=Rot∑x，αi∑Trans∑x，ai∑Rot∑z，θi∑Trans∑z，di∑Rot∑l，谆i∑定义末端坐标系与坐标系6的变换矩阵为：（1）6AT=Ro

8、（ty，ψ）Ro（tx，α）Trans（x，a）Ro（tz，θ）Trans（z，d）（2）式中：l—机器人关节轴；谆i—机器人各关节轴转角；θi、di、αi、ai—机器人零位时的DH参数值。这样，6R机器人末端操作器在机座坐标系中的位姿变换矩00123456阵可表示为：TT=A1A2A3A