9、机器人校准与控制技术：从标定到果园采摘的创新方案

机器人校准与控制技术：从标定到果园采摘的创新方案

一、机械臂与2D激光扫描仪的6自由度外部校准

在机械臂与2D激光扫描仪的校准工作中，研究发现了一些有趣且具有实际应用价值的结果。

通常认为，更细的校准目标在激光平面上的测量点更少，可能会导致对校准目标中心的估计变差，从而增加校准误差。然而，实验结果却并非如此。尽管笔的直径仅为图3中校准目标直径的三分之一，但校准误差并未增加。这一结果强化了一个观点：校准过程中未建模的横截面畸变是主要问题。较细的校准目标会减少由畸变引起的绝对误差，如公式 (d_{he}=\frac{d_{c}}{\sin(60^{\circ})}) 所示，当 (d_{c}=8mm) 时，(d_{he}=\frac{8}{0.87}=9.2mm)，而当 (d_{c}=25mm) 时，(d_{he}=\frac{25}{0.87}=28.74mm) ，明显前者误差更小。

此外，沿Z轴的平移误差比之前的校准误差小5.2倍以上。实验还表明，一支普通的笔就足以用于校准，这具有重要的实际意义，因为无需专门制造的校准目标。

在整体的校准研究中，对之前提出的校准方法进行了扩展。通过制定新的优化目标，减少了限制条件。详细描述了激光扫描的建模和预处理过程，并将扩展方法与原始方法进行了比较，评估了不同轨迹和校准目标几何形状的影响。

实验结果显示，该算法非常适合校准，即使误差最大的结果仍在校准精度范围内。总体而言，距离激光扫描仪较近（20 - 35 cm）的轨迹比距离较远（65 - 95 cm）的轨迹效果更好，平移误差约小10%，旋转误差约小50%。不过，在远距离时，绕Z轴的旋转误差约降低了10倍，这表明校准轨迹与校准误差的关系不仅受距离影响，还受姿