(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210766869.1 (22)申请日 2022.06.30 (71)申请人 南京邮电大 学 地址 210046 江苏省南京市栖霞区文苑路9 号 (72)发明人 马凯威　高爽　徐丰羽　高阳　 沈昕　毛婧超　 (74)专利代理 机构 南京经纬专利商标代理有限 公司 32200 专利代理师 石艳红 (51)Int.Cl. G06F 30/17(2020.01) G06F 30/25(2020.01) G06F 30/27(2020.01) G06F 17/12(2006.01)G06N 3/00(2006.01) G06N 3/04(2006.01) G06N 3/08(2006.01) B25J 9/16(2006.01) (54)发明名称 机器人末端位置快速检测装置及运动学参 数辨识补偿方法 (57)摘要 机器人末端位置快速检测装置及运动学参 数辨识补偿方法， 包括支架主体以及安装在支架 主体上的四个 拉线传感器； 支架主体包括第一三 角架和第二三角架以及三根连杆， 第一三角架与 第二三角架相同， 第一三角架与第二三角架平行 对称且间隔设置； 第一三角架的三个角部与第二 三角架的三个角部分别通过三根连杆连接在一 起； 第一三角架的底边为第一支撑边， 第二三角 架的底边为第二支撑边； 第一支撑边、 第二支撑 边以及连接第一支撑边和第二支撑边的两根连 杆形成支撑框架以支撑于安置面。 方法计算得到 机器人的工作端的坐标P。 通过环形粒子群算法 的机器人运动学参数补偿方法和全连接神经网 络的机器人输入误差补偿方法， 以提高机器人末 端位置精度。 权利要求书4页 说明书11页 附图6页 CN 115098969 A 2022.09.23 CN 115098969 A 1.一种机器人末端位置快速检测装置， 其特征在于， 包括支架主体以及安装在所述支 架主体上的四个拉线传感器(40)； 所述支架主体包括第 一三角架和第二三角架以及三根连杆(30)， 所述第一三角架与所 述第二三角架相同， 所述第一三角架与所述第二三角架平行对称且间隔设置； 所述第一三 角架的三个角部与所述第二三角架的三个角部 分别通过三根连杆(30)连接在一起； 所述第 一三角架的底边为第一支撑边(11)， 所述第二三角架的底边为第二支撑边(21)； 所述第一 支撑边(11)、 所述第二支撑边(21)以及连接所述第一支撑边(11)和所述第二支撑边(21)的 两根所述连 杆(30)形成支撑 框架以支撑 于安置面。 2.根据权利要求1所述的机器人末端位置快速检测装置， 其特征在于： 所述第 一三角架 和所述第二三角架 为等腰直接三角形， 所述第一三角架和所述第二三角架的一条直角边为 所述底边， 所述第一三角架的第一斜边(13)以及所述第二三角架的第二斜边(23)用于朝向 机器人。 3.根据权利要求2所述的机器人末端位置快速检测装置， 其特征在于： 所述第一斜边 (13)以及所述第二斜边(23)以及连接所述第一斜边(13)和所述第二斜边(23)的两根所述 连杆(30)形成用于朝向所述机器人的斜边框， 四个所述拉线传感器(40)安装在所述斜边框 的四个角部 。 4.一种基于机器人末端位置快速检测装置的运动学参数辨识补偿方法， 其特征在于： 包括如下步骤： 步骤1、 确定机器 人末端点真实坐标pR： 采用机器人末端 位置快速检测装置， 测量得到当 前时刻机器人的末端点真实坐标pR； 步骤2、 描述机器人末端点理论坐标p： 采用DH建模方法， 将当前时刻机器人末端点理论 坐标p描述 为： p＝F( θi,di,ai, αi,q)； 1≤i≤K 式中， θi,di,ai, αi为机器人第i个自由度的几何运动学参数； 其中， θi为第i关节转角； di 表示第i关节的z向距离； 设连接第i关节和第i+1关节的杆件为第i杆件， 则ai表示第i杆件 的长度； αi表示第i杆件的扭角； q为机器人关节变量； K为机器人的总自由度数量； 步骤3、 理论坐标p一次补偿： 以当前时刻机器人关节变量q与当前时刻机器人末端点真 实坐标pR作为输入， 以优化后几何运动学参数作为输出， 基于环形粒子群算法， 得到最优的 几何运动 学参数θi+△θi,di+△di,ai+△ai, αi+△αi； 其中，△θi、△di、△ai和△αi分别为θi、 di、 ai和 αi的最优补偿值； 一次补偿后， 当前时刻机器人末端点理论 坐标pC1描述为： pC1＝F( θi+△θi,di+△di,ai+△ai, αi+△αi,q) 步骤4、 理论坐标p二次补偿： 以步骤3中一次补偿后的最优几何运动学参数、 机器人关 节变量q和机器人末端点真实坐标pR作为样本数据集， 且以机器人关节变量作为输入， 以优 化后的机器人关节变量作为输出， 搭建全连接神经网络， 进而求得当前时刻机器人关节变 量q优化后的值为q+ △q； 其中，△q为当前时刻机器人关节变量q的补偿值； 二次补偿后， 当 前时刻机器人末端点理论 坐标pC2描述为： pC2＝F( θi+△θi,di+△di,ai+△ai, αi+△αi,q+△q)。 5.根据权利要求4所述的基于机器人末端位置快速检测装置的运动学参数辨识补偿方 法， 其特征在于： 步骤1中， 机器人末端点真实坐标pR的具体确定方法， 包括如下步骤：权　利　要　求　书 1/4 页 2 CN 115098969 A 2步骤1A、 布设机器人末端位置快速检测装置： 机器人包括机架和活动安装在机架上的 活动部； 将机器人末端位置快速检测装置放置在机器人 的活动部外周， 并将机器人末端位 置快速检测装置中的四个拉线传感器的拉线末端均固定在活动部的末端区域； 步骤1B、 建立机器人坐标系： 在机架上选定一个固定点作为坐标系基点O， 定义机架向 下的方向为y方向， 活动部 向机器人末端位置快速检测装置延伸的方向为x方向， 同时垂直 于x和y的方向为z方向， 从而建立机器人坐标系O ‑xyz； 此时， 机器人活动部末端点P在机器 人坐标系的坐标设为(x， y， z)， 为待确定值； 步骤1C、 求解活动 部末端点P坐标值： 四个拉线传感器分别为拉线传感器A、 拉线传感器 B、 拉线传感器C和拉线传感器D； 针对拉线传感器A、 拉线传感器B和拉线传感器C， 根据不同 方式获取的拉线长度相等的原则， 建立如下 方程组： 式中， (xAe， yAe， zAe)为机器人坐标系中拉线传感器A的拉线末端至机器人活动部末端点 P的偏差， 设定值； (xBe， yBe， zBe)为机器人坐标系中拉线传感器B的拉线末端至机器人活动部末端点P的偏 差， 设定值； (xCe， yCe， zCe)为机器人坐标系中拉线传感器C的拉线末端至机器人活动部末端点P的偏 差， 设定值； (xA， yA， zA)为机器人坐标系中拉线传感器A的坐标值， 已知值； (xB， yB， zB)为机器人坐标系中拉线传感器B的坐标值， 已知值； (xC， yC， zC)为机器人坐标系中拉线传感器C的坐标值， 已知值； dA、 dB和dC分别为通过测量得到的拉线传感器A、 拉线传感器B和 拉线传感器C的拉线长 度值， 均为已知值； 通过对方程组(1)求解， 得到活动 部末端点P(x， y， z)， 所得结果即为机器人末端点真实 坐标pR。 6.根据权利要求5所述的基于机器人末端位置快速检测装置的运动学参数辨识补偿方 法， 其特征在于： 还 包括如下步骤： 步骤1D、 计算 拉线传感器D的拉线长度dl： 将步骤1C求解得到的P(x， y， z)， 带入如下公式 (2)中， 计算得到dl； 式中， (xDe， yDe， zDe)为机器人坐标系中拉线传感器D的拉线末端至机器人活动部末端点 P的偏差， 设定值； (xD， yD， zD)为机器人坐标系中拉线传感器D的坐标值， 已知值； 步骤1E、 设定拉线长度误差 △l： 根据拉线传感器D的实际安装情况， 设定拉线传感器 中 拉线长度的允许误差； 步骤1F、 活动部末端点P坐标验证： 将步骤1C求解得到的P(x， y， z)， 带入如下公式(3)权　利　要　求　书 2/4 页 3 CN 115098969 A 3