大臂展空间机械臂运动学参数精确标定

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1、第２２卷第４期载人航天Ｖｏｌ．２２Ｎｏ．４２０１６年８月ＭａｎｎｅｄＳｐａｃｅｆｌｉｇｈｔＡｕｇ．２０１６大臂展空间机械臂运动学参数精确标定１１１１１２２２周伟刚，魏博，李辉，蒋志宏，黄强，唐自新，张晓东，刘鑫（１．北京理工大学机电学院智能机器人研究所，北京１０００８１；２．北京空间飞行器总体设计部空间智能机器人系统技术与应用北京市重点实验室，北京１０００９４）摘要：大臂展空间机械臂，由于臂杆的几何参数误差及柔性等因素将会导致其末端定位产生很大误差，然而在某些空间作业时对机械臂末端定位精度要求较高，为了获得其准确的运动学参数，提出了一种线性标定机器

2、人运动学参数的简便方法。以一个７自由度空间机械臂为研究对象，采用Ｄ⁃Ｈ建模方法建立了机器人运动学模型，基于该模型建立了机器人运动学误差模型，最后通过计算机器人末端的位姿误差，标定了该机器人的运动学参数。仿真实验表明该标定方法有较高的精度，并且该方法操作简单、便于实际应用。关键词：机器人；运动学参数；误差模型；标定中图分类号：Ｖ１９文献标识码：Ａ文章编号：１６７４⁃５８２５（２０１６）０４⁃０４６６⁃０５ＡｃｃｕｒａｔｅＣａｌｉｂｒａｔｉｏｎｏｆＫｉｎｅｍａｔｉｃＰａｒａｍｅｔｅｒｓｉｎＬｏｎｇ⁃ｒｅａｃｈＳｐａｃｅＭａｎｉｐｕｌａｔｏｒＡｒｍ１１１

3、１１ＺＨＯＵＷｅｉｇａｎｇ，ＷＥＩＢｏ，ＬＩＨｕｉ，ＪＩＡＮＧＺｈｉｈｏｎｇ，ＨＵＡＮＧＱｉａｎｇ，２２２ＴＡＮＧＺｉｘｉｎ，ＺＨＡＮＧＸｉａｏｄｏｎｇ，ＬＩＵＸｉｎ（１．ＴｈｅＩｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔＲｏｂｏｔｉｃｓＩｎｓｔｉｔｕｔｅ，ＳｃｈｏｏｌｏｆＭｅｃｈａｔｒｏｎｉｃａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＢｅｉｊｉｎｇＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｂｅｉｊｉｎｇ１０００８１，Ｃｈｉｎａ；２．ＢｅｉｊｉｎｇＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＳｐａｃｅｃｒａｆｔＳｙｓｔｅｍＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＢｅｉｊｉｎｇＫｅｙＬａｂｏｒａｔｏｒｙｏｆＩｎｔｅｌｌｉｇ

4、ｅｎｔＳｐａｃｅＲｏｂｏｔｉｃＳｙｓｔｅｍｓＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙａｎｄＡｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ，Ｂｅｉｊｉｎｇ１０００９２，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅｇｅｏｍｅｔｒｉｃｐａｒａｍｅｔｅｒｓｏｆｔｈｅａｒｍａｎｄｔｈｅｆｌｅｘｉｂｉｌｉｔｙｗｉｌｌｌｅａｄｔｏａｌａｒｇｅｅｒｒｏｒｉｎｔｈｅｓｐａｃｅｍａｎｉｐｕｌａｔｏｒ．Ｈｏｗｅｖｅｒ，ｈｉｇｈｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇａｃｃｕｒａｃｙａｔｔｈｅｅｎｄｏｆｔｈｅｒｏｂｏｔａｒｍｉｓｒｅｑｕｉｒｅｄｉｎｓｏｍｅｓｐａｃｅｏｐｅｒａｔｉｏｎｓ．Ｉｎｏｒｄｅｒｔｏｏｂｔａｉｎｔｈｅａｃｃｕｒａｃｙ

5、ｏｆｔｈｅｋｉｎｅｍａｔｉｃｐａｒａｍｅｔｅｒｓ，ａｌｉｎｅａｒｃａｌｉｂｒａ⁃ｔｉｏｎｍｅｔｈｏｄｆｏｒｔｈｅｒｏｂｏｔｋｉｎｅｍａｔｉｃｐａｒａｍｅｔｅｒｓｗａｓｐｒｅｓｅｎｔｅｄｉｎｔｈｉｓｐａｐｅｒ．Ｔａｋｉｎｇａ７ｄｅｇｒｅｅｏｆｆｒｅｅｄｏｍｓｐａｃｅｍａｎｉｐｕｌａｔｏｒａｓｔｈｅｒｅｓｅａｒｃｈｏｂｊｅｃｔ，ａｋｉｎｅｍａｔｉｃｍｏｄｅｌｏｆｔｈｅｒｏｂｏｔｗａｓｅｓｔａｂｌｉｓｈｅｄｂｙｕｓｉｎｇｔｈｅＤ⁃Ｈｍｏｄｅｌｉｎｇｍｅｔｈｏｄ，ａｎｄｔｈｅｋｉｎｅｍａｔｉｃｅｒｒｏｒｍｏｄｅｌｗａｓａｌｓｏｅｓｔａｂｌｉｓｈｅｄ．Ｔｈｅ

6、ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｓｓｈｏｗｔｈａｔｔｈｅｃａｌｉｂｒａｔｉｏｎｍｅｔｈｏｄｈａｓｈｉｇｈａｃｃｕｒａｃｙ，ａｎｄｔｈｅｍｅｔｈｏｄｉｓｓｉｍｐｌｅａｎｄｅａｓｙｔｏｂｅａｐｐｌｉｅｄｉｎｐｒａｃｔｉｃｅ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｒｏｂｏｔ；ｋｉｎｅｍａｔｉｃｐａｒａｍｅｔｅｒ；ｅｒｒｏｒｍｏｄｅｌ；ｃａｌｉｂｒａｔｉｏｎ［３⁃４］全性。１引言要实现某些精细的空间操作任务，需要机器在航天任务中，如航天器的交会对接、卫星的人具有很高的末端定位精度。然而机器人在生产故障维修以及卫星的捕获等，这些任务很难由航装配过程中的误差、关节间的传动

7、间隙、臂杆柔性［１⁃２］天员来完成。空间机器人可以辅助航天员到等造成机器人实际的运动学参数与理论值存在偏达和扩展其维护作业区域，提高其作业效率和安差，使得最终机器人末端的位姿产生误差。对于收稿日期：２０１５⁃０９⁃１０；修回日期：２０１５⁃１２⁃２０基金项目：国家自然科学基金（６１５７３０６３，６１５０３０２９）；国家８６３高科技计划项目（２０１５ＡＡ０４３１０１）；国家科技支撑计划（２０１５ＢＡＦ１０Ｂ０２）作者简介：周伟刚（１９９２－），男，硕士研究生，研究方向为机器人控制。Ｅ⁃ｍａｉｌ：ｚｈｏｕｗｅｉｇａｎｇ１８＠ｂｉｔ．ｅｄｕ．ｃｎ第４期周

8、伟刚，等．大臂展空间机械臂运动学参数精确标定４６７空间机械臂来说，其臂杆往往比较长，会造成运动从连杆ｉ－１到连杆ｉ的坐标变