[发明专利]一种基于数据驱动的机器人直线轴定位误差补偿方法

说明书

本发明提出一种基于数据驱动的机器人直线轴定位误差补偿方法，属于机器人自动化装配技术领域。该方法在机器人直线轴末端放置靶球并在机器人空间内设置若干标志点，控制机器人将靶球运动到每个标志点，得到每个标志点在机器人坐标系下名义位置作为训练集的输入值；对每个标志点的实际位置进行测量，比较每个标志点名义位置与实际位置的差值作为该标志点的空间定位误差作为训练集的输出值；使用高斯过程回归模型进行训练，得到训练完毕高斯误差模型；利用高斯误差模型对机器人的空间定位误差进行补偿，得到补偿后的机器人运动学参数。本发明测量过程简单方便，可获得高精度的测量结果，从而实现对自动制孔系统运动误差的高精度实时在线补偿。

技术领域

本发明提出一种基于数据驱动的机器人直线轴定位误差补偿方法，属于机器人自动化装配技术领域。

背景技术

随着科学技术的发展，机器人已经渗透到了人类生活的方方面面，尤其在作为劳力替代人类在高强度高重复性的工作中受到了广泛的运用。机器人系统结构复杂，工业生产中的机器人都具有6以上自由度，直线轴行程大，复杂多变的工作环境会导致其误差特性发生改变，对直线轴的运动引入较大的误差。为此，需要对机器人直线轴的误差进行标定与实时在线补偿。自动制孔系统的直线轴结构与机床的直线轴类似，其运动误差标定与补偿可参考机床直线轴的标定与补偿方法。

现有的直线轴的单项误差直接测量法需要对具有XYZ三个直线轴的机床/机器人产生的21项误差分别进行单独的测量，这些误差的测量一般用激光干涉仪来进行。激光干涉仪利用激光干涉测距的工作原理，可以对相对位移进行高精度的测量，其加装相应的光学镜附件后可以对运动轴的线性度、直线度、垂直度等进行测量，具有很高的测量精度。但是对有多个运动轴的机床进行测量时，激光干涉仪需要转移不同的站位以完成所有单项误差的测量，而在每个站位的测量前都需要大量的时间进行光路调节，这大大限制了单项误差标定的效率。

Chen等人提出了一种基于激光干涉仪的对角线测量方法，这种轨迹误差测量的方法只需少量的轨迹就可以完成所有直线轴单项误差的辨识，大大减少了单项误差标定的工作量。Zhang等人提出一种利用激光跟踪仪测量进行误差辨识的方法，该方法需要在机床末端固定放置3个靶球，激光跟踪仪通过对3个靶球坐标的测量得到机床末端的位置和姿态误差，然后进行各个单项误差的辨识求解。但是该方法单项误差的辨识精度受随机误差影响较大，且最终的误差补偿是针对各个单项误差分别补偿的，各单项误差之间相互耦合，导致补偿效果不佳。

Aguado等人提出了一种机床空间运动误差的直接测量和补偿方法，本质上是对几何误差的综合补偿。该方法在机床末端固定一个靶球，控制机床末端运动到多个指定的位置，用激光跟踪仪测量得到这些指定位置处的机床空间运动误差，然后用空间插值法计算机床末端在任意位置的空间运动误差，作为机床运动误差的补偿值。这种方法通过直接测量空间误差来进行运动误差的补偿，而不用对单项几何误差进行测量和辨识，也避免了对各个单项误差分别进行补偿，简化了机床误差标定和补偿的流程，提高了补偿效果。但是由于采用空间插值算法进行误差补偿，要取得较高的补偿精度，就必须进行大量的测量以获得足够的基础数据，这将大大增加测量工作的复杂度和测量时间。

许多学者对直线轴几何误差的标定与补偿进行了大量研究，激光干涉仪和激光跟踪仪等高精度数字化测量仪器被广泛地应用于几何误差的标定。但当运动轴较多，几何误差项较多时，现有的几何误差标定与补偿方法很难取得很好的补偿效果。但由于直线轴误差大，对精度影响巨大，因此急需一套既能达到高精度又保证测量过程简单方便的运动误差标定与补偿方法，以实现对自动制孔系统运动误差的高精度实时在线补偿。

发明内容

本发明的目的是为克服已有技术的不足之处，提出一种基于数据驱动的机器人直线轴定位误差补偿方法。该方法测量过程简单方便，可获得高精度的测量结果，从而实现对机器人定位误差的高精度实时在线补偿。

本发明提出一种基于数据驱动的机器人直线轴定位误差补偿方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：