14、模块化并联机器人的运动学标定

模块化并联机器人的运动学标定

1. 引言

模块化并联机器人系统中，机器人末端执行器的定位精度是主要关注点之一。多个机器人模块连接组成完整的并联机器人，然而，诸如加工公差、柔顺性、连接模块的不对准以及连接机构的磨损等因素，都会影响机器人的定位精度。相比较而言，模块化机器人的装配误差通常比固定配置的机器人更大。因此，对于模块化可重构并联机器人，识别关键运动学参数以提高末端执行器的定位精度就显得尤为重要。

基于并联机器人的闭环结构，标定过程通常分为两个步骤：
- 闭环机构的自标定 ：利用被动关节中的内置传感器对闭环机构进行标定。完成自标定后，后续的末端执行器标定将更易进行。
- 基座和末端执行器的标定 ：使用外部测量设备提高末端执行器的绝对定位精度，此步骤只需识别从机器人世界坐标系到机器人基座坐标系，以及从移动平台坐标系到末端执行器坐标系的固定变换中的运动学误差。

过去对并联机器人标定的研究主要集中在自标定技术上。例如，有人通过在多个被动关节安装冗余传感器，并利用这些可读被动关节角度的测量值和计算值构建测量残差，来实现对传统六足 Stewart 平台的自标定；还有人使用隐式回路方法，为串联机器人和具有运动学闭环的机器人机构的自标定提供了统一的公式；也有人开发了包含闭环的运动链标定的统一几何框架，将运动学标定转化为非线性约束优化问题。不过，关于三足机器人标定的研究相对较少。

本文将采用腿端法，基于指数积（POE）公式的局部坐标系表示，开发一种通用且有效的模块化并联机器人线性标定算法。POE 表示法基于线几何将关节轴描述为旋量，在建模具有旋转关节和棱柱关节的机器人时具有统一性