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机械臂关节标定与模型辨识

📚 共计 30 章节

课程导论：标定与辨识的意义

机械臂标定与模型辨识的意义、应用场景与课程目标。

机械臂运动学基础

齐次变换矩阵、DH参数法、正运动学建模。

机械臂逆运动学

解析法与数值法、多解问题与奇异位形。

机械臂动力学基础

牛顿-欧拉法与拉格朗日法、动力学参数。

牛顿-欧拉拉格朗日

关节传感器与数据采集

编码器、力矩传感器、电流环、数据滤波与预处理。

传感器滤波

关节零位标定原理

零位偏差的定义、对精度的影响、标定方法概述。

零位标定实践：外部测量

基于激光跟踪仪、视觉的零位标定流程。

零位标定实践：自约束法

基于机械限位、重力的零位标定方法。

自约束重力

减速比与传动误差

减速比标定、齿隙(Backlash)测量与补偿。

减速比齿隙

关节刚度标定

关节柔性模型、刚度辨识实验设计与数据处理。

关节摩擦力辨识

Stribeck模型、库仑+粘滞模型、参数辨识方法。

关节动力学参数辨识

最小二乘法、激励轨迹设计(傅里叶级数)。

最小二乘傅里叶

连杆运动学参数标定(闭环)

基于闭环运动学(圆点分析法)的DH参数标定。

连杆参数标定(外部测量)

基于激光跟踪仪的完整标定流程。

激光跟踪标定

工具(TCP)标定

四点法、六点法、精度验证。

工件(用户坐标系)标定

三点法、多点拟合、手眼标定基础。

用户坐标手眼

手眼标定(Eye-in-Hand)

AX=XB问题求解、Tsai法与Park法。

Eye-in-HandTsai

手眼标定(Eye-to-Hand)

标定板固定、相机固定、求解方法。

Eye-to-Hand标定板

负载质量、质心、惯量辨识实验与算法。

激励轨迹优化

基于观测矩阵条件数的轨迹设计。

条件数轨迹

参数辨识算法进阶

加权最小二乘、递归最小二乘、鲁棒辨识。

标定精度评估

重复/定位精度、ISO 9283标准。

误差补偿策略

关节/笛卡尔空间补偿、前馈补偿。

热效应与标定

温升对零位、减速比、摩擦力的影响及补偿。

热效应温升

标定软件工具链

MATLAB Robotics Toolbox、Python开源库(PyDy等)。

标定实验设计

正交实验法、响应面法、效率与成本权衡。

正交响应面

工业机器人标定案例

六轴工业机器人完整标定流程解析。

协作机器人标定案例

轻量化关节、力矩传感器、拖动示教标定。

协作拖动示教

移动机械臂标定

基座标定、轮式里程计与机械臂联合标定。

移动里程计

课程总结与前沿展望

标定自动化、数字孪生、在线自标定技术。

数字孪生自标定