一种基于激光位移测量的机械臂参数标定方法

一种基于激光位移测量的机械臂参数标定方法摘要机械臂在工业制造和自动化控制中得到广泛应用，参数标定是实现高精度运动控制的基础。本文介绍了一种基于激光位移测量的机械臂参数标定方法，主要包括定位板设计、机械臂位置测量、标定算法和实验验证。实验结果表明，该方法能够准确地获取机械臂关节间的转动角度和长度，为机械臂后续的运动控制提供了有力支持。关键词：机械臂；参数标定；激光位移测量；关节转动角度；长度测量引言机械臂在工业制造和自动化控制中的应用越来越广泛，但机械臂在生产过程中需要实时控制，需要进行参数标定，解决机械臂姿态、位置误差等问题，进而达到高精度的运动控制。机械臂参数标定的目标是获取机械臂关节间的转动角度和长度，这些参数将用于机械臂的运要控制，通过调整机械臂的关节运动，使机械臂末端能够达到预定位置和姿态。为了实现机械臂参数标定，需要采用各种测量方法，比如机械臂的角度传感器、位移传感器等。当前流行的机械臂参数标定方法，多采用摄像头或者三维扫描仪等光学设备进行测量，但这些方法操作复杂、精度有限。本文提出一种基于激光位移测量的机械臂参数标定方法，充分利用激光位移测量器的高精度测量和防抖特性，对机械臂进行精确的测量，为机械臂的运动控制提供有力支持。方法1.定位板设计在机械臂参数标定实验中，需要使用定位板对机械臂进行定位。定位板的设计需要考虑以下要素：1）定位板平面度要求高，以确保机械臂运动平稳；2）定位板上的标记点和线要能够准确测量机械臂的位置和角度；3）定位板要尽可能保持平衡，避免机械臂受到外力干扰。为了满足以上要求，我们在定位板的表面上绘制四条不同颜色的线，并在线的交点处粘贴较大的标记点，用于后续机械臂位置检测。定位板的尺寸为200*200mm，采用光滑的台面设计，以保证机械臂的移动平稳。2.机械臂位置测量机械臂位置测量主要利用激光位移测量器。激光位移测量器是一种高精度测量仪器，设备主要由传感器、激光发射器、接收器、信号处理器、数据转换器等几部分组成。激光位移测量器测量的是物体到传感器的距离，根据三角函数余弦定理计算出物体与激光测量器的距离。基于此原理，我们可以利用激光位移测量器准确测量机械臂各关节转动角度和长度，实现机械臂参数标定。3.标定算法本文采用了“前向运动学”方法进行机械臂参数的标定。前向运动学将工作空间中末端的位置和姿态计算为各关节的转动角度和长度的函数。即：(x,y,z,θ1,θ2,θ3,θ4,θ5,θ6)=f(q1,q2,q3,q4,q5,q6)，其中，(x,y,z)是末端执行器在工作坐标系下的位置，（θ1,θ2,θ3,θ4,θ5,θ6）为各个关节转角，即机械臂的状态。因此，通过测量机械臂末端执行器的位置和姿态信息，同时测量每个关节点之间的距离和角度信息，应用数学的逆运动学方法，求出机械臂各关节点之间的转角和长度，即可确定机械臂的参数。4.实验验证为了验证本文所提出的机械臂参数标定方法的可靠性，我们进行了实验验证。实验步骤如下：1）将定位板放置在实验台上，用装有激光位移传感器的机械臂沿着定位板运动，测量机械臂各关节的角度和长度；2）测量完关节角度和长度之后，将机械臂移动到指定目标点，测量实际位置和末端姿态；3）利用前向运动学方法计算出机械臂末端执行器的位置和姿态，以及各关节点之间的转角和长度；4）通过计算机模拟实验，将计算的机械臂参数输入到控制器，以实现机械臂末端执行器的运动控制。实验结果表明，本文提出的方法能够准确地测量机械臂的角度和长度。在实验中，我们发现采用激光位移测量器进行测量的精度更高，同时能够避免光学方法受光线干扰的问题。采用前向运动学方法，可以准确计算出机械臂各关节点之间的转角和长度，为机械臂后续运动控制提供有力支持。结论本文提出了一种基于激光位移测量的机械臂参数标定方法，该方法通过激光位移测量器的高精度测量和防抖特性，可实现机械臂各关节角度和长度