[发明专利]一种综合位姿误差模型与刚度补偿的机器人精度补偿方法

权利要求书

1.一种综合位姿误差模型与刚度补偿的机器人精度补偿方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1、根据机器人的结构参数建立机器人运动模型；具体为：

步骤1-1、根据DH法建立机器人相邻关节间的齐次变换矩阵，该矩阵为：

上式中，a_i为连杆长度，α_i为关节扭角，d_i为连杆偏距，θ_i为关节转角，x为连杆坐标系X轴坐标，z为连杆坐标系Z轴坐标；

步骤1-2、对步骤1-1中建立的齐次变换矩阵引入绕y轴的旋转Rot(y，β)，消除中间连杆之间因为轴平行或近乎平行时产生的奇异，相邻关节间的齐次变换矩阵修正为：

上式中，β_i表示机器人第i杆坐标系绕y轴的旋转角度，y为连杆坐标系Y轴坐标，c为cos，s为sin；

步骤1-3、增加一个额外参数z_n，描述工具坐标系沿末端连杆坐标系z轴的平移，建立工具坐标系相对于末端连杆坐标系的变换矩阵为：

步骤1-4、对于N关节机器人，根据上述步骤得到机器人工具坐标系与基座标系之间的运动学关系为：

T＝⁰A₁×¹A₂ײA₃׳A₄×⁴A₅×⁵A₆×···×^n-1A_n

n的取值为1...N,N≥1该运动学关系即为机器人运动模型；

步骤2、根据步骤1建立的机器人运动模型来建立机器人误差模型；建立该机器人误差模型具体为：步骤2-1、由微分变换原理得到中间连杆实际转换矩阵与名义转换矩阵误差dA_i为：

且

A_i为中间连杆转换矩阵；

步骤2-2、由微分变换原理得到工具坐标系相对于末端连杆坐标系转换矩阵误差：

A_n为工具坐标系与末端连杆坐标系转换矩阵；

步骤2-3、对于N关节机器人，其最终的误差模型为中间连杆误差加上工具坐标系相对于末端连杆变换的误差，求全微分后得到下式：

其中p为末端位置坐标；

将其写作：

Δp＝J_δΔX

其中ΔX＝(Δθ₁...Δθ_n，Δα₁...Δα_n,Δa₁...Δa_n,Δd₁...Δd_n,Δβ₁...Δβ_n,Δz_n)^T表示机器人各连杆结构误差J_δ是辨识雅可比矩阵；

步骤3、在机器人工作空间内，随意给定目标位姿点，其名义坐标为Pn，当机器人末端移动到指定点时，记录此时的关节角度；

步骤4、利用位置测量仪器测量给定目标位姿点的实际坐标Pa；

步骤5、利用最小二乘法对误差参数进行辨识，将辨识出的结构误差补偿给机器人运动模型名义参数，验证是否满足要求，如果满足要求则执行下一步，否则返回步骤3；

步骤6、在机器人末端施加载荷，测量其变形量，之后返回步骤3将重新辨识后的结构误差再次补偿给机器人运动模型，从而消除载荷引起的变形导致的末端位姿误差，同时将载荷引起的变形量数据存入数据库，用于后期的精度补偿。

2.根据权利要求1所述的综合位姿误差模型与刚度补偿的机器人精度补偿方法，其特征在于，步骤5中将辨识出的结构误差补偿给机器人运动模型名义参数具体是将结构参数加上辨识出的误差参数；

验证是否满足要求具体是指：测量实际坐标，与补偿前的数据进行比较，是否满足公差范围±0.2mm，如果在公差范围内，则满足要求，否则不满足要求。

3.根据权利要求1所述的综合位姿误差模型与刚度补偿的机器人精度补偿方法，其特征在于，步骤6中在机器人末端施加载荷，测量其变形量具体为：

步骤6-1、在额定载荷范围内，向机器人末端施加不同质量载荷，利用应力应变仪测量机器人各部件变形量，并利用仪器测量此时机器人到达指定点的实际坐标；

步骤6-2、对测量结果进行处理，获取机器人各部件变形量随载荷变化的曲线，获取机器人末端位置误差随载荷变化的曲线。