用于运动学位姿误差的校准方法与结构及相应的计算机程序和计算机可读的数据存储介质的利记博彩app
【技术领域】
[0001] 本发明设及一种运动学校准的方法与结构，并设及一个相应的计算机程序W及相 应的计算机可读的存储介质，它们尤其可适用于将校准扩展到并未特别被设计成用于实现 最大精度的、而主要表现为高度再现性的并联和串联机器人运动学。所述重要概念在下文 中被进一步阐明。
【背景技术】
[0002] 用于校正或校准运动学的方式有很多。许多校准方法也及文中提出的方法可用于 机器人、机械手、测量装置、坐标测量机W及机床的串联和并联运动学。运动学位姿误差补 偿方法首先指的是运动学本身，但也经常包括周边部分比如末端执行器、多种配件及适配 器。相应地依据技术现状，校准大多基于通过参数识别获得需要被校准的个体的正确运动 学模型而进行，W便对不同的几何参数的效果进行补偿。
[0003] 运动学的位姿作为配置空间的一个元素的函数，通过一些被称为该运动学的"运 动模型"的几何参数而被定义。
[0004] 特别地，由于受生产技术限制的公差偏差和在制造时有限的公差量引起的误差差 异，在每个单独的个体处有其自身的、关于它的几何参数的对于刻意设计的运动学模型的 偏差的构造形式(运种偏差在下文也被称为固有位姿误差，与之相对的外部位姿误差，由作 用于运动学的外部影响引起）。
[0005] 位姿误差可W由外部影响，例如力的作用或溫度影响而引起。
[0006] 运种后果有:单独W-个名义上的运动学模型为基础的对运动学的控制导致位姿 错误。因为运些在许多应用中不可忽略的位姿误差，校准或校正措施是必要的。
[0007] 因为几何参数的偏差要为大量位姿误差负责，在实际应用中用于位姿误差补偿的 措施几乎是没有例外地基于对每个个体的几何参数进行尽可能地精确的识别（"参数识 那'）。
[000引此识别过程是基于，W配置空间的同样的元素为出发点的、对运动学的一些理论 化计算出的运动学位姿和通过精确测量已确定的那些位姿的比较。与该主题相关的文献有 许多，其也主要设计机器人技术位姿误差补偿的主题。运些可作为例子被列举： 一些并联机器人技术的开放式问题(Pandilov, Z. & D址ovski, V.，ACTA TECHNICA CONVINIENSIS, Bulletin of Engineering, Tome IV, 2011, pp. 77-84. ISSN 2067- 3809) "并联机器人比串联机器人更精确吗?"（Briot, S. and Bonev, I. A.,Transactions oft he Canadian Society for Mechanical Engineering, Vol. 31, No.4, pp. 445- 456， 2007) 运动学和使用内/外传感器校准模型或使用约束改善空间并联机构的行为的校准模 型的总览（Majarena, A.C.; Santolaria,J. ; Samper, D. ; Aguilar, J.J. Sensors 2010，10，10256-10297)或者， 特别带有并联运动学的工业机器人的精度的提升（博±论文，Helmut-Schmidt- University Hamburg.化aker Verlag, Aachen 2005, ISBN 3-8322-3681-3，Lukas Beyer) 基于参数识别的位姿误差补偿有一些缺点。事实上换而言之当前此类问题中的参数识 别具有与所确定的参数识别有关的严重问题(误差函数的非凸性，即多值性、数值不稳定性 等）。所确定的参数替换精确构造的运动学模型的构造几何参数，并且进而降低了运动学组 件的制造和安装精度。
[0009] 根据测量数据确定几何参数存在额外的明显困难和不确定性。所采用的算法为探 索性算法（比如Downhill-Simplex算法），结果的可靠性被巨大的不确定性加重了负担，原 则上结果的正确性必因此受到质疑。可W说，测量值中极小的偏差能导致已确定参数的大 的偏差。如此，在单个已测量的位姿中的位姿确定中存在的随机误差，W不可预知的的方式 影响所确定的参数。因此并不令人惊讶:现有技术令人不满，位姿误差补偿的领域内密集地 开展研究。
[0010] 在该发明的技术领域上，出自德国专利说明书DE 10 2011 079 764 B3的一种校 准方法是被人熟知的，该方法中逆运动学被应用于已测的位姿上，W便确定移向所测的位 姿的致动器的位置。
【发明内容】
[0011] 因此本发明的任务是提供一种运动学校准方法和结构，及相应的计算器程序和相 应的计算机可读的存储介质，它们消除了上述缺陷并且尤其允许确定各种并联和串联机器 人运动学的可承受的误差量。特别应当对DE 10 2011 079 764 B3呈现为一种替换方案。特 别应当在发展中的光学传感器技术中被重视。
[0012] 该任务通过权利要求1和9-11中的标记内容根据本发明被解答。本发明的有利实 施例包含在W下权利要求中。
[0013] 本发明的一个特殊优点是，能W较高的精度校正对应所有可实现的位姿的运动 学。运一点由此实现:通过运动学的在根据本发明的位姿误差校正方法中，多个位姿P(x) 中的一个运动学被移动。位姿P(x)可W比如说指的是设定好的位姿。在一个优选实施例 中，位姿P(x)通过随机算法设定。该位姿P(x)被一个已设定精度的运动学采取。当一个 设定的运动学位姿被采取，通过估算数据，可W确定位姿所属的第一配置向量X*，该数据描 述了该运动学在所采取的位姿处的致动器偏离。本发明中的一个优选实施例提出，属于位 姿p(x)的第一配置向量X*，通过读取每一个位姿的数据，而被确定，其中该数据描述了该运 动学在每一个所采取的位姿处的致动器偏离。一个配置向量描述了运动学的致动器偏离或 致动器位置。在一个优选实施例中，受驱动的致动器偏离被作为属于一个位姿p(x)的致动 器偏离来使用。运动学的致动器偏离会被优先读取。另一个优选实施例，运动学沿着线路运 动，其中在确定的线路位置中确定第一位置向量X*。所属位姿可W在确定第一向量X*之后 或同时被测量。本发明中还包含确定位姿所属的第二配置向量X。第二配置向量由X表示， 第二配置向量通过控制函数DK配给理想位姿p(x)。即：DK(x) = p(x)或X = ΙΚ(ρ(χ))。 一般来说，控制函数，也称为直接运动学，将配置空间KR的向量X映射给位姿空间PR的向量 P: DK: KR 一 PR; X DK(x) = p. 针对每个运动学，控制函数是运么定义的：如果假定运动学为致动器偏离或致动器位 置，所述运动学被移动到位姿DK(x)。通过运动学生成时的误差公差，或通过外部对运动学 所在位置的影响及/或作用，其确定了在控制函数对第一向量X所位姿的应用中的运动学， 事实上偏离了理论预知的或期望的位姿DK(x) = P (X)。在对应用配置向量X之下的运动 学的控制、移动和指挥中实际采取的位姿会被标记为配置向量X中的测量位姿神K (X)。
[0014] 在所述的外部影响及/或作用时，可W是关于比如外力大小及/或溫度影响。尤其 是本发明的一个优选实施例中的热膨胀或变形的影响，通过重力和惯性力在运动学的运行 中被固定，W及被配置空间的一个相应的转换补偿了。因此在不同的位姿处的外力和矩的 影响，根据本发明，首先在一个校正进程的框架中，要么被测量，要么通过仿真计算被确定。 运些影响的作用接下来被表格式地，对于不同的配置空区域，作为激发器偏离的修正的差 值被存储，W便于之后在配置空间转换途中在运动学的运行中被求值。
[0015] -个逆映射，所谓逆运动学IK，从属于每一个控制函数DK。借助逆运动学IK，对每 个位姿，运样的致动器位置X被确定：当将控制函数被用于向量X时，该致动器位置x(理论 上)驶向位姿P。根据一个优选实施例，通过逆运动学IK在所述运动学采取的位姿p(x) 上的应用，经由ΙΚ(ρ(χ)) = X，第二配置向量X被确定。
[0016] 根据本发明，至少一部分的预先设定的位姿、属于各个位姿的第一和第二配置向 量X*和X被求值，W便获得用于转换配置空间的函数。此时在一个优选实施例中，例如首先 已预先设定的位姿P(x)的每一个校正值被确定，比如-X，然后从离散的校正向量中， 一个用于转换配置空间的全局函数被确定。运主要是关于校正值和校正向量。
[0017] 当第二及/或第一向量所属的校正值在配置空间的离散子集上已知时，优先通过 插值、外推及/或逼近将修正值的集合延伸到整个配置空间的所有元素上。现在配置空间的 运些向量可W通过所述校正值的应用分别被分配给配置空间的一个已校正的所属的向量。 从第二至已校正的向量X到已校正的向量巧上的映射，可W被考虑为配置空间的变换。
[0018] 借助用于变换配置空间的函数，校准后的控制函数被运样定义:首先是用于变换 配置空间变换的函，被用到来自配置空间的向量X的函数上，然后是所述控制函数被用到 来自配置空间的所得的变换后的向量S'上。更精确地说:若位姿P应当被采取，通过逆运动 学IK确定来自配置空间的向量X = ΙΚ(ρ)，理论上该向量将产生位姿P。如果位姿P设及 到一个所给定的位姿，那么校正向量就属于位姿Ρ，即第一配置向量X*。将变换应用于该 向量X W便获得校正后的向量。该变换的映射值，即，通过执行变换获得的数值也是向量， 该向量通常为配置空间的元素。当该数值为配置空间的元素时，将该数值应用于正运动学 DK。其他情况下产生不可实现的位姿。因此，校正后的控制函数为用于连续执行对配置空间 转换的函数及执行针对向量X的(初始)控制函数。现在使用校准后的控制函数替换(初始） 控制函数来控制、移动或指挥运动学。
[0019] 根据一个优选实施例，一个由配置向量χ/设定的集合和所述动力学通过将控制 函数应用于第一配置向量χ/而被移动。有优势的是，如果在已设定的配置