[发明专利]工业机器人结构参数误差辨识与补偿方法

说明书

本发明公开了一种工业机器人结构参数误差辨识与补偿方法，包括以下步骤：根据工业机器人的数控系统，确定可补偿的结构参数误差；基于DH法建立误差模型，在误差模型中将不可补偿的结构参数误差强制置零，然后构建误差辨识方程；选取辨识位姿，控制工业机器人按照辨识位姿运动，记录工业机器人的关节转角和末端位置数据；根据关节转角和末端位置数据计算误差辨识方程，求解误差辨识方程得到结构参数误差；根据结构参数误差在工业机器人的数控系统中修改相应的结构参数，以补偿结构参数误差。本发明具有如下优点：可以辨识和补偿工业机器人的减速比误差、耦合参数误差和DH参数误差，针对上述误差进行补偿可以达到更高的定位精度。

技术领域

本发明涉及工业机器人技术领域，具体涉及一种工业机器人结构参数误差辨识与补偿方法。

背景技术

随着机械制造、电子工程、自动控制等学科的发展，针对工业机器人技术领域的研究不断深入。当前，工业机器人已在航空航天、机械制造、生物医药、食品包装等诸多行业中发挥作用，广泛应用于焊接、搬运、喷涂、装配等工作中。在一些新兴领域，如全自动化工厂、人机协作、机器人配合机床实现全自动加工系统等，工业机器人也扮演着重要角色，促进社会和经济的发展。

示教是工业机器人的一种重要工作方式，通过控制工业机器人到各个预定位置并记录下来，就可以在之后的工作中实现自动化运转，工业机器人在规定时间内到达各个预定位置进行工作。工业机器人一般具有较高的重复定位精度，即记录在一个位置时各个电机编码器的值，就可以在处于其他位置时控制各个电机到达记录值，回到记录的位置，从而实现较高精度的重复定位。目前，工业机器人要处理的一些任务逐渐复杂化，例如通过相机获取物体位置信息进而控制机器人进行抓取，这些工作需要机器人具有较高的定位精度。然而，工业机器人的定位精度却一般较低，即主动控制机器人末端到达空间某一位置，实际到达位置与目标位置有一定误差。

定位误差的最主要原因来自于工业机器人的结构参数误差，包括DH(DenavitHartenberg)参数误差、减速比误差和耦合参数误差等。一般使用DH法对工业机器人建模，相邻连杆坐标系的关系用四个参数描述，分别为关节转角、关节距离、连杆长度和连杆扭角。DH参数如果存在误差，则运动学模型不准确，导致定位误差。

在工业机器人的每个关节中使用减速机连接电机和连杆，因此连杆的转动角度是电机转动角度除以减速比，如果在机器人数控系统中减速比是不准确的，则实际的转角与目标转角会有偏差，从而也会导致定位误差。在一些工业机器人的机械结构中，第五关节和第六关节存在耦合，即当第五个关节转动的时候，即使没有给第六个关节发转动指令，第六个关节也会随着有一定角度的转动运动。耦合参数可用于描述这种情况，定义为第六个关节随着转动的角度除以第五个关节转动角度。在一些机器人数控系统中，耦合参数可以控制第六个关节转动以补偿耦合的运动。如果耦合参数存在误差，则不能正好补偿耦合的运动，对定位造成误差。并且，在一些机器人数控系统中，为了提高计算速度，部分DH参数值被固定，只有一部分DH参数值是可以修改的。这种情况下，如果通过标定辨识所有的DH参数误差，但只补偿其中一部分，则工业机器人的定位精度会有一定改善，但仍有提升空间。

发明内容

本发明旨在至少解决上述技术问题之一。

为此，本发明的目的在于提出一种工业机器人结构参数误差辨识与补偿方法，可以提升工业机器人的定位精度。