定位精度补偿方法、装置、电子设备及存储介质

技术领域

本发明涉及机械臂定位技术领域，尤其涉及一种定位精度补偿方法、装置、电子设备及存储介质。

背景技术

机器人的绝对定位精度是评价机械臂性能的重要指标，主要受机械加工误差、装配误差、零部件磨损等几何误差和非几何误差共同作用。

现有的提高绝对定位精度的方法一般采用参数标定法，即通过先进的测量技术辨识机器人实际运动学参数，并修正控制器中的参数或增加一些控制算法以提高绝对定位精度。随着视觉技术的不断发展，通常在对机械臂进行参数标定时采用视觉闭环标定方法，如利用三坐标仪器或激光跟踪仪实现。

上述通过视觉技术进行标定构建的误差模型为几何误差模型，但在大负载装配、搬运等过程中，非几何因素(关节、连杆变形等)对末端精度起到了主导作用，仅对几何参数进行标定会存在定位精度低的问题。

发明内容

本发明提供了一种定位精度补偿方法、装置、电子设备及存储介质，以提升机械臂的定位精度。

根据本发明的一方面，提供了一种定位精度补偿方法，包括：

获取机械臂的连杆形变参数；

基于所述机械臂的连杆形变参数，对所述机械臂的DH参数进行修正，得到修正后的DH参数；

将所述修正后的DH参数传输至所述机械臂的控制器，以完成对机械臂的定位精度补偿。

根据本发明的另一方面，提供了一种定位精度补偿装置，包括：

形变参数获取模块，用于获取机械臂的连杆形变参数；

DH参数修正模块，用于基于所述机械臂的连杆形变参数，对所述机械臂的DH参数进行修正，得到修正后的DH参数；

修正参数传输模块，用于将所述修正后的DH参数传输至所述机械臂的控制器，以完成对机械臂的定位精度补偿。

根据本发明的另一方面，提供了一种电子设备，所述电子设备包括：

至少一个处理器；

以及与所述至少一个处理器通信连接的存储器；

其中，所述存储器存储有可被所述至少一个处理器执行的计算机程序，所述计算机程序被所述至少一个处理器执行，以使所述至少一个处理器能够执行本发明任一实施例所述的定位精度补偿方法。

根据本发明的另一方面，提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机指令，所述计算机指令用于使处理器执行时实现本发明任一实施例所述的定位精度补偿方法。

本发明实施例的技术方案，通过获取机械臂的连杆形变参数，进而基于机械臂的连杆形变参数，对机械臂的DH参数进行修正，得到修正后的DH参数，将修正后的DH参数传输至所述机械臂的控制器，以完成对机械臂的定位精度补偿，与现有技术相比，上述技术方案考虑了机械臂的连杆形变，并根据机械臂的连杆形变参数对机械臂的DH参数进行修正，降低了连杆形变对机械臂的定位精度的影响，从而提升机械臂的定位精度。

应当理解，本部分所描述的内容并非旨在标识本发明的实施例的关键或重要特征，也不用于限制本发明的范围。本发明的其它特征将通过以下的说明书而变得容易理解。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是根据本发明实施例一提供的一种定位精度补偿方法的流程图；

图2是根据本发明实施例二提供的一种定位精度补偿方法的流程图；

图3是根据本发明实施例二提供的一种机械臂连杆横截面示意图；

图4是根据本发明实施例三提供的一种定位精度补偿方法的流程图；

图5是根据本发明实施例四提供的一种定位精度补偿装置的结构示意图；

图6是实现本发明实施例的定位精度补偿方法的电子设备的结构示意图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。

需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

实施例一

图1为本发明实施例一提供的一种定位精度补偿方法的流程图，本实施例可适用于在机械臂运动过程中进行实时定位的情况，该方法可以由定位精度补偿装置来执行，该定位精度补偿装置可以采用硬件和/或软件的形式实现，例如该定位精度补偿装置可配置于上位机中。如图1所示，该方法包括：

S110、获取机械臂的连杆形变参数。

本实施例中，机械臂可以用于大型负载装配、搬运等场景中，在此场景中，机械臂的连杆部分可能发生形变，从而影响机械臂的定位精度。为了提升机械臂的定位精度，本实施例考虑了机械臂的连杆形变参数，并通过机械臂的连杆形变参数对机械臂的DH参数进行修正，使DH参数更为准确，进而提升机械臂的定位精度。其中，连杆形变参数可以用于表征机械臂连杆形变大小。

示例性的，可以通过设置在机械臂中的传感器检测连杆是否发生形变，并采集机械臂的连杆形变参数。

S120、基于所述机械臂的连杆形变参数，对所述机械臂的DH参数进行修正，得到修正后的DH参数。

其中，机械臂的DH参数可以为预先标定的已知常量，通过DH参数可以实现机械臂的位置运动。机械臂的DH参数可以包括但连杆长度、相邻扭转角、连杆偏距和关节转角。

示例性的，可以将机械臂的连杆形变参数代入预先配置的参数修正模型中，以实现对机械臂的DH参数进行修正，提升DH参数的准确度。

S130、将所述修正后的DH参数传输至所述机械臂的控制器，以完成对机械臂的定位精度补偿。

本实施例中，上位机在得到修正后的DH参数之后，可以将修正后的DH参数传输至机械臂的控制器，控制器可以根据修正后的DH参数对机械臂的定位精度进行补偿，从而可减少由连杆形变对机械臂绝对定位精度性能的影响。

本发明实施例的技术方案，通过获取机械臂的连杆形变参数，进而基于机械臂的连杆形变参数，对机械臂的DH参数进行修正，得到修正后的DH参数，将修正后的DH参数传输至所述机械臂的控制器，以完成对机械臂的定位精度补偿，与现有技术相比，上述技术方案考虑了机械臂的连杆形变，并根据机械臂的连杆形变参数对机械臂的DH参数进行修正，降低连杆形变对机械臂的定位精度的影响，从而提升机械臂的定位精度。

实施例二

图2为本发明实施例二提供的一种定位精度补偿方法的流程图，本实施例的方法与上述实施例中提供的定位精度补偿方法中各个可选方案可以结合。本实施例提供的定位精度补偿方法进行了进一步优化。可选的，所述获取机械臂的连杆形变参数，包括：通过光纤布拉格光栅传感器获取机械臂的连杆形变参数，其中，所述光纤布拉格光栅传感器包括多个光纤部件，各所述光纤部件等间隔对称埋入在所述机械臂的连杆内。

如图2所示，该方法包括：

S210、通过光纤布拉格光栅传感器获取机械臂的连杆形变参数，其中，所述光纤布拉格光栅传感器包括多个光纤部件，各所述光纤部件等间隔对称埋入在所述机械臂的连杆内。

本实施例中，机械臂为串联机械臂，其中，串联机械臂包括关节和连杆，关节用于将相邻两个连杆连接，关节包括转动关节和移动关节。光纤布拉格光栅(Fiber BraggGrating，FBG)传感器可以为埋入式FBG应变传感器，其测量精度在微纳米级。

需要说明的是，采用埋入式安装传感器不会造成外部线缆冗余，光纤布拉格光栅传感器中光纤部件可以串联连接，以便于在串联机械比臂中走线和安装，并且光纤部件质量轻，可以减少对连杆本身质量质心等参数的影响。此外，FBG传感器还具有抗电磁干扰的特性，可以有效屏蔽噪声信号对测量结果的影响。

示例性的，图3是本发明实施例提供的一种机械臂连杆横截面示意图。图3中1(a)、1(b)、1(c)和1(d)为光纤布拉格光栅传感器的光纤部件，各光纤部件等间隔对称埋入在机械臂的连杆内，以实现数据采样的均匀性和可靠性；2为机械臂连杆，3为机械臂中空部分。

S220、基于所述机械臂的连杆形变参数，对所述机械臂的DH参数进行修正，得到修正后的DH参数。

S230、将所述修正后的DH参数传输至所述机械臂的控制器，以完成对机械臂的定位精度补偿。

本发明实施例的技术方案，光纤布拉格光栅传感器中各光纤部件等间隔对称埋入在机械臂的连杆内，以提升采集的连杆形变参数的可靠性。

实施例三

图4为本发明实施例三提供的一种定位精度补偿方法的流程图，本实施例的方法与上述实施例中提供的定位精度补偿方法中各个可选方案可以结合。本实施例提供的定位精度补偿方法进行了进一步优化。可选的，所述机械臂的连杆形变参数包括相邻连杆偏移参数和相连连杆旋转参数；所述基于所述机械臂的连杆形变参数，对所述机械臂的DH参数进行修正，得到修正后的DH参数，包括：将所述相邻连杆偏移参数和相连连杆旋转参数输入至预先配置的形变误差确定模型中，得到形变误差参数；基于所述形变误差参数和所述机械臂的DH参数确定修正后的DH参数。

如图4所示，该方法包括：

S310、获取机械臂的连杆形变参数，所述机械臂的连杆形变参数包括相邻连杆偏移参数和相连连杆旋转参数。

其中，相邻连杆偏移参数是指相邻连杆片段的平移向量。相连连杆旋转参数是指相连连杆片段的欧拉角。

示例性的，

S320、将所述相邻连杆偏移参数和相连连杆旋转参数输入至预先配置的形变误差确定模型中，得到形变误差参数。

其中，形变误差确定模型为预先配置的数学计算模型，可以用于形变误差参数计算。

示例性的，形变误差确定模型可以为：

ΔTranslate＝{Δtx,Δty,Δtz}

ΔRotation＝{Δrz,Δry,Δrx}

Δrx＝arctan2(Δ(cos(ry)sin(rx)),Δ(cos(ry)cos(rx)))

Δrz＝arctan2(Δ(cos(ry)sin(rz)),Δ(cos(rz)cos(ry)))

其中，ΔTranslate表示相邻连杆偏移参数对应的形变误差参数，Δtx,Δty,Δtz分别可以由不同时刻的相邻连杆偏移参数{tx,ty,tz}确定。ΔRotation表示相连连杆旋转参数对应的形变误差参数，可以将相连连杆旋转参数{rz,ry,rx}代入形变误差确定模型得到Δrz,Δry,Δrx。

S330、基于所述形变误差参数和所述机械臂的DH参数确定修正后的DH参数。

具体的，可以将形变误差参数与机械臂的DH参数相加，得到修正后的DH参数。

示例性的，确定修正后的DH参数的公式可以为：

*α

*a

*θ

*d

其中，a

S340、将所述修正后的DH参数传输至所述机械臂的控制器，以完成对机械臂的定位精度补偿。

示例性的，机械臂的控制器可以根据修正后的DH参数进行连杆坐标系转换，得到形变后的末端真实笛卡尔空间位姿，进而可以根据形变后的末端真实笛卡尔空间位姿校准绝对定位精度。

在一些可选实施例方式中，在获取机械臂的连杆形变参数之后，还包括：对机械臂的连杆形变参数进行有限元分析，得到形变关系矩阵和刚度矩阵；将形变关系矩阵和刚度矩阵传输至机械臂的控制器，以补偿机械臂的运动误差。

示例性的，上位机通过有限元分析(Finite Element Analyses，FEA)，可以将采集的机械臂的连杆形变参数进行离散化，从而得到力或力矩与每个节点的变形量之间的形变关系矩阵和刚度矩阵，进而将形变关系矩阵和刚度矩阵传输至机械臂的控制器，机械臂的控制器可以从位置环和阻抗环补偿机械臂的运动误差。

需要说明的是，机械臂连杆的机械刚度决定了机械臂整体刚度的上限，通过有限元分析得到的刚度矩阵包括连杆材料的机械刚度上限值，进而机械臂的控制器可以根据连杆材料的机械刚度上限值调节机械臂在阻抗运动模式下的刚度上限。

本发明实施例的技术方案，通过将相邻连杆偏移参数和相连连杆旋转参数输入至预先配置的形变误差确定模型中，得到形变误差参数，进而基于形变误差参数和机械臂的DH参数确定修正后的DH参数，降低连杆形变对机械臂的定位精度的影响。

实施例四

图5为本发明实施例四提供的一种定位精度补偿装置的结构示意图。如图5所示，该装置包括：

形变参数获取模块410，用于获取机械臂的连杆形变参数；

DH参数修正模块420，用于基于所述机械臂的连杆形变参数，对所述机械臂的DH参数进行修正，得到修正后的DH参数；

修正参数传输模块430，用于将所述修正后的DH参数传输至所述机械臂的控制器，以完成对机械臂的定位精度补偿。

本发明实施例的技术方案，通过获取机械臂的连杆形变参数，进而基于机械臂的连杆形变参数，对机械臂的DH参数进行修正，得到修正后的DH参数，将修正后的DH参数传输至所述机械臂的控制器，以完成对机械臂的定位精度补偿，与现有技术相比，上述技术方案考虑了机械臂的连杆形变，并根据机械臂的连杆形变参数对机械臂的DH参数进行修正，降低连杆形变对机械臂的定位精度的影响，从而提升机械臂的定位精度。

在一些可选的实施方式中，所述机械臂的连杆形变参数包括相邻连杆偏移参数和相连连杆旋转参数；

DH参数修正模块420，包括：

形变误差确定单元，用于将所述相邻连杆偏移参数和相连连杆旋转参数输入至预先配置的形变误差确定模型中，得到形变误差参数；

DH参数修正单元，用于基于所述形变误差参数和所述机械臂的DH参数确定修正后的DH参数。

在一些可选的实施方式中，形变参数获取模块410，还用于：

通过光纤布拉格光栅传感器获取机械臂的连杆形变参数，其中，所述光纤布拉格光栅传感器包括多个光纤部件，各所述光纤部件等间隔对称埋入在所述机械臂的连杆内。

在一些可选的实施方式中，定位精度补偿装置，还包括：

有限元分析模块，用于对所述机械臂的连杆形变参数进行有限元分析，得到形变关系矩阵和刚度矩阵；

矩阵传输模块，用于将所述形变关系矩阵和刚度矩阵传输至所述机械臂的控制器，以补偿所述机械臂的运动误差。

在一些可选的实施方式中，所述机械臂为串联机械臂，其中，所述串联机械臂包括关节和连杆，所述关节用于将相邻两个连杆连接，所述关节包括转动关节和移动关节。

在一些可选的实施方式中，所述机械臂的DH参数包括连杆长度、相邻扭转角、连杆偏距和关节转角。

本发明实施例所提供的定位精度补偿装置可执行本发明任意实施例所提供的定位精度补偿方法，具备执行方法相应的功能模块和有益效果。

实施例五

图6示出了可以用来实施本发明的实施例的电子设备10的结构示意图。电子设备旨在表示各种形式的数字计算机，诸如，膝上型计算机、台式计算机、工作台、个人数字助理、服务器、刀片式服务器、大型计算机、和其它适合的计算机。电子设备还可以表示各种形式的移动装置，诸如，个人数字助理、蜂窝电话、智能电话、可穿戴设备(如头盔、眼镜、手表等)和其它类似的计算装置。本文所示的部件、它们的连接和关系、以及它们的功能仅仅作为示例，并且不意在限制本文中描述的和/或者要求的本发明的实现。

如图6所示，电子设备10包括至少一个处理器11，以及与至少一个处理器11通信连接的存储器，如只读存储器(ROM)12、随机访问存储器(RAM)13等，其中，存储器存储有可被至少一个处理器执行的计算机程序，处理器11可以根据存储在只读存储器(ROM)12中的计算机程序或者从存储单元18加载到随机访问存储器(RAM)13中的计算机程序，来执行各种适当的动作和处理。在RAM 13中，还可存储电子设备10操作所需的各种程序和数据。处理器11、ROM 12以及RAM 13通过总线14彼此相连。I/O接口15也连接至总线14。

电子设备10中的多个部件连接至I/O接口15，包括：输入单元16，例如键盘、鼠标等；输出单元17，例如各种类型的显示器、扬声器等；存储单元18，例如磁盘、光盘等；以及通信单元19，例如网卡、调制解调器、无线通信收发机等。通信单元19允许电子设备10通过诸如因特网的计算机网络和/或各种电信网络与其他设备交换信息/数据。

处理器11可以是各种具有处理和计算能力的通用和/或专用处理组件。处理器11的一些示例包括但不限于中央处理单元(CPU)、图形处理单元(GPU)、各种专用的人工智能(AI)计算芯片、各种运行机器学习模型算法的处理器、数字信号处理器(DSP)、以及任何适当的处理器、控制器、微控制器等。处理器11执行上文所描述的各个方法和处理，例如定位精度补偿方法，该方法包括：

获取机械臂的连杆形变参数；

基于所述机械臂的连杆形变参数，对所述机械臂的DH参数进行修正，得到修正后的DH参数；

将所述修正后的DH参数传输至所述机械臂的控制器，以完成对机械臂的定位精度补偿。

在一些实施例中，定位精度补偿方法可被实现为计算机程序，其被有形地包含于计算机可读存储介质，例如存储单元18。在一些实施例中，计算机程序的部分或者全部可以经由ROM 12和/或通信单元19而被载入和/或安装到电子设备10上。当计算机程序加载到RAM 13并由处理器11执行时，可以执行上文描述的定位精度补偿方法的一个或多个步骤。备选地，在其他实施例中，处理器11可以通过其他任何适当的方式(例如，借助于固件)而被配置为执行定位精度补偿方法。

本文中以上描述的系统和技术的各种实施方式可以在数字电子电路系统、集成电路系统、场可编程门阵列(FPGA)、专用集成电路(ASIC)、专用标准产品(ASSP)、芯片上系统的系统(SOC)、复杂可编程逻辑设备(CPLD)、计算机硬件、固件、软件、和/或它们的组合中实现。这些各种实施方式可以包括：实施在一个或者多个计算机程序中，该一个或者多个计算机程序可在包括至少一个可编程处理器的可编程系统上执行和/或解释，该可编程处理器可以是专用或者通用可编程处理器，可以从存储系统、至少一个输入装置、和至少一个输出装置接收数据和指令，并且将数据和指令传输至该存储系统、该至少一个输入装置、和该至少一个输出装置。

用于实施本发明的方法的计算机程序可以采用一个或多个编程语言的任何组合来编写。这些计算机程序可以提供给通用计算机、专用计算机或其他可编程数据处理装置的处理器，使得计算机程序当由处理器执行时使流程图和/或框图中所规定的功能/操作被实施。计算机程序可以完全在机器上执行、部分地在机器上执行，作为独立软件包部分地在机器上执行且部分地在远程机器上执行或完全在远程机器或服务器上执行。

在本发明的上下文中，计算机可读存储介质可以是有形的介质，其可以包含或存储以供指令执行系统、装置或设备使用或与指令执行系统、装置或设备结合地使用的计算机程序。计算机可读存储介质可以包括但不限于电子的、磁性的、光学的、电磁的、红外的、或半导体系统、装置或设备，或者上述内容的任何合适组合。备选地，计算机可读存储介质可以是机器可读信号介质。机器可读存储介质的更具体示例会包括基于一个或多个线的电气连接、便携式计算机盘、硬盘、随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、可擦除可编程只读存储器(EPROM或快闪存储器)、光纤、便捷式紧凑盘只读存储器(CD-ROM)、光学储存设备、磁储存设备、或上述内容的任何合适组合。

为了提供与用户的交互，可以在电子设备上实施此处描述的系统和技术，该电子设备具有：用于向用户显示信息的显示装置(例如，CRT(阴极射线管)或者LCD(液晶显示器)监视器)；以及键盘和指向装置(例如，鼠标或者轨迹球)，用户可以通过该键盘和该指向装置来将输入提供给电子设备。其它种类的装置还可以用于提供与用户的交互；例如，提供给用户的反馈可以是任何形式的传感反馈(例如，视觉反馈、听觉反馈、或者触觉反馈)；并且可以用任何形式(包括声输入、语音输入或者、触觉输入)来接收来自用户的输入。

可以将此处描述的系统和技术实施在包括后台部件的计算系统(例如，作为数据服务器)、或者包括中间件部件的计算系统(例如，应用服务器)、或者包括前端部件的计算系统(例如，具有图形用户界面或者网络浏览器的用户计算机，用户可以通过该图形用户界面或者该网络浏览器来与此处描述的系统和技术的实施方式交互)、或者包括这种后台部件、中间件部件、或者前端部件的任何组合的计算系统中。可以通过任何形式或者介质的数字数据通信(例如，通信网络)来将系统的部件相互连接。通信网络的示例包括：局域网(LAN)、广域网(WAN)、区块链网络和互联网。

计算系统可以包括客户端和服务器。客户端和服务器一般远离彼此并且通常通过通信网络进行交互。通过在相应的计算机上运行并且彼此具有客户端-服务器关系的计算机程序来产生客户端和服务器的关系。服务器可以是云服务器，又称为云计算服务器或云主机，是云计算服务体系中的一项主机产品，以解决了传统物理主机与VPS服务中，存在的管理难度大，业务扩展性弱的缺陷。

应该理解，可以使用上面所示的各种形式的流程，重新排序、增加或删除步骤。例如，本发明中记载的各步骤可以并行地执行也可以顺序地执行也可以不同的次序执行，只要能够实现本发明的技术方案所期望的结果，本文在此不进行限制。

上述具体实施方式，并不构成对本发明保护范围的限制。本领域技术人员应该明白的是，根据设计要求和其他因素，可以进行各种修改、组合、子组合和替代。任何在本发明的精神和原则之内所作的修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明保护范围之内。