[发明专利]一种混联机器人的运动学标定方法

说明书

本发明公开了一种混联机器人运动学标定方法，包括如下步骤：步骤1：基于旋量理论建立混联机器人几何误差模型；步骤2：基于激光跟踪仪空间位置检测信息获取混联机器人末端位姿误差；步骤3：基于Liu估计方法辨识几何误差源；步骤4：基于修正控制器输出方法分步实施误差补偿。本发明精度、高效率、便于工业现场应用的、可基于机器人末端全维或少维位姿误差检测信息实施的一种混联机器人运动学标定方法。本发明方法可以建立满足完备性、极小性、连续型的误差模型，且模型变量均物理意义明确，有效解决辨识矩阵病态问题，提高误差源辨识精度以及辨识结果的稳定性，进而提高补偿精度。

技术领域

本发明属于机器人领域，涉及工业机器人的运动学标定技术，尤其涉及一种混联机器人运动学标定方法。

背景技术

由三自由度并联机构与两(三)自由度串联转头搭建而成的五(六)自由度混联机器人是一种新型多轴联动加工装备，其结合了串联机器人工作空间大和并联机器人加速度大、刚度高的特点，以高速高精加工为目标，在大尺度非结构环境下的加工制造领域具有广泛的应用前景。如Tricept、Exechon等混联机器人已在航空航天、汽车制造等领域开展了初步应用，并取得了良好效果。

几何精度是该类混联机器人的重要性能指标之一。在具备良好基础制造精度的前提下，运动学标定是进一步提高该类装备精度的有效手段。通常情况下，运动学标定分为以下四个步骤：误差建模、误差检测、误差辨识和误差补偿。前期研究表明，上述方法在用于该类混联机器人的运动学标定时尚存在两类主要问题，制约了其工程应用。其一，该类混联机器人关节数目较多，每一关节存在六项误差源，关节两两之间又存在多项结构误差，误差源数量众多，难于建立满足完备性、极小性、连续型的误差模型；其二，该类混联机器人在误差辨识环节中存在辨识矩阵病态问题，传统辨识方法(如最小二乘法)鲁棒性差、辨识结果不稳定，导致难于实现高精度误差补偿。

发明内容

本发明的目的是为了克服现有技术中的不足，提供一种高精度、高效率、便于工业现场应用的、可基于机器人末端全维或少维位姿误差检测信息实施的一种混联机器人运动学标定方法。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种混联机器人运动学标定方法，包括如下步骤：

步骤1：基于旋量理论建立混联机器人几何误差模型，具体地：

(1)建立并联模块所有几何误差源与机器人末端位姿误差旋量之间的映射模型，

其中，$_P,t为并联模块几何误差源在末端引起的位姿误差旋量，Δξ_P为并联模块主动关节运动误差向量，Δη_P为并联模块其余几何误差源构成的误差向量，为对应的误差映射矩阵；

(2)建立串联转头所有几何误差源与机器人末端位姿误差旋量之间的映射模型，

$_S,t＝J_SΔξ_S+G_SΔη_S

其中，$_S,t为串联转头几何误差源在末端引起的位姿误差旋量，Δξ_S为串联转头主动关节运动误差向量，Δη_S为串联转头其余几何误差源构成的误差向量，J_S、G_S为对应的误差映射矩阵；

(3)依据混联机器人构型特点，并综合考虑并联模块、串联转头几何误差源对机器人末端位姿误差旋量的贡献度规律，建立整机几何误差模型

$_t＝BΔχ

其中，$_t为混联机器人末端位姿误差旋量，Δχ为混联机器人几何误差源全集构成的误差向量，B为误差映射矩阵；