[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

说明书

本发明公开了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，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；步骤2、建立机器人误差模型；步骤3、在机器人工作空间内，随意给定目标位姿点，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；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。本发明可以显著提高机器人的绝对定位精度，简单，高效。

技术领域

本发明属于机器人标定技术领域，特别是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。

背景技术

随着《中国制造2025纲要》的颁布，工业机器人将在我国掀起又一次发展热潮。精度作为衡量工业机器人性能的重要指标包括重复定位精度与绝对定位精度。现在的工业机器人重复定位精度高，而绝对定位精度低，不利于离线编程以及高精度加工。而机器人运动学标定是提高机器人定位精度的有效手段，主要包括建模、测量、辨识、补偿四个阶段。

传统的方法进行机器人标定，仅是针对运动学模型参数引起误差进行补偿，而没有考虑载荷引起的变形量，没有进行综合补偿。而传统刚度补偿方面，需要进行大量的公式推导，求解机器人各关节挠度以及臂杆挠度，建立刚度模型。过程复杂，效率较低。

发明内容

本发明所解决的技术问题在于提供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。

实现本发明目的的技术解决方案为：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，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；具体为：