[发明专利]一种基于角度传感器的串并联机器人末端姿态闭环控制方法

说明书

本发明涉及一种基于角度传感器的串并联机器人末端姿态闭环控制方法。本方法是：将角度传感器安装在串并联机器人末端法兰盘的安装槽中，并用螺钉固定，测量得到机器人在大地坐标系下绕x轴和绕z轴的姿态角。通过坐标转化，大地坐标系下的姿态角转化为机器人基坐标系下的位姿矩阵。然后根据串并联机器人的运动学模型，通过逆运动学求解得到当前位姿下机器人的实际关节变量，从而得到各关节的关节误差。对关节误差进行补偿，实现串并联机器人末端位姿的闭环控制。该方法基于角度传感器实现闭环控制，集成方便，不影响末端执行器的安装，能够提高机器人的末端姿态精度，适用于一些对末端姿态精度要求较高的场合。

技术领域

本发明涉及一种基于角度传感器的串并联机器人末端姿态闭环控制方法。

背景技术

在现代的自动化生产中机器人占据着及其重要的地位。相比于传统的机床加工，机器人有着更好的灵活性和更大的运动空间。但是机器人的精度相对较低，在一些精密件的加工领域机器人还不能取代机床得到很好的应用。一些精度要求较高，运动空间要求较大的场合就需要在应用机器人的情况下尽可能提高其加工精度。串并联机器人结合了并联机器人和串联机器人的优点，加工精度较高，运动空间较大。在此基础上运用闭环控制方法，对机器人位姿进行误差补偿，可有效提高机器人精度，满足更多的应用需求。

目前机器人的控制方法主要有两种：半闭环控制和闭环控制。半闭环控制方法通过电机编码器进行误差补偿，只能补偿电机的转动误差，不能有效的提高末端位姿精度。在此基础上，在关节传动件的末端添加光电编码器进行误差补偿，可消除传动件的传动误差，提高末端位姿精度。但此方法需要多个光电编码器，而且只能补偿传动误差，对于一些结构参数的误差无法消除。本发明在末端法兰盘安装角度传感器，通过测量得到实际末端位姿并基于运动学进行误差补偿，从全局进行误差补偿可有效提高机器人加工精度。

发明内容

本发明的目的在于针对已有技术存在的缺陷，提供一种基于角度传感器的串并联机器人末端姿态闭环控制方法，为达到上述目的，本发明采用全局进行误差补偿而有效提高机器人的加工精度。本发明的构思是：本发明将角度传感器安装在串并联机器人末端法兰盘的安装槽中，并用螺钉固定，测量得到机器人在大地坐标系下绕x轴和绕z轴的姿态角。通过坐标转化，大地坐标系下的姿态角转化为机器人基坐标系下的的位姿矩阵。然后根据串并联机器人的运动学模型，通过逆运动学求解得到当前位姿下机器人的实际关节变量，从而得到各关节的关节误差。对关节误差进行补偿，实现串并联机器人末端位姿的闭环控制。该方法基于角度传感器实现闭环控制，集成方便，不影响末端执行器的安装，能够提高机器人的末端姿态精度，适用于一些对末端姿态精度要求较高的场合。

如图1所示。给定机器人某一点位姿，通过逆运动学求解得到关节变量J。关节变量J传递给控制器，然后带动伺服系统和传动系统执行运动命令。其中，系统传函包括伺服系统和传动系统的传递函数。在机器人运动的过程中，角度传感器测得当前末端姿态A1,B1。然后通过坐标转化得到基于串并联机器人基坐标系的末端位姿，逆运动学求解得到当前关节变量，从而得到关节误差ΔJ。数据处理单元包括坐标转化，逆运动学求解，各关节误差求解。求得的关节误差补偿到关节变量中，便可提高机器人的精度。(J＝[q₁,q₂,q₃,β₁,β₂]^T,ΔJ＝[Δq₁,Δq₂,Δq₃,Δβ₁,Δβ₂]^T)

根据上述发明构思，本发明采用下述技术方案：