[发明专利]工业串联机器人关节刚度系数辨识方法

说明书

本发明公开了一种工业串联机器人关节刚度系数辨识方法，包括工业串联机器人、机器人控制器、计算机、激光跟踪仪和安装激光靶标的工装；计算机分别与机器人控制器和激光跟踪仪数据连接，工业串联机器人与机器人控制器数据连接；安装激光靶标的工装与机器人末端固连接。本发明具有校准精度高、速度快，可实现刚度系数矩阵辨识和角度偏差校准的特点。

技术领域

本发明涉及串联工业机器人技术领域，尤其是涉及一种基于激光跟踪仪进行高精度测量、对工业机器人刚度系数矩阵进行全局笛卡尔空间误差优化的辨识校准方法。

背景技术

随着机器人技术的发展，要求机器人能够完成更加复杂的任务，如工业机器人的打磨抛光、精密装配、钻孔焊接等。这些应用都要在机器人末端加载一个大质量的工装，而这个大质量的工装或者机器人本身的自重都会导致机器人杆件与关节的变形，从而导致机器人末端绝对定位精度下降。由于杆件与关节变形的影响，会导致机器人不能高质量地完成任务。

机器人在重载工况下，应力主要集中在机器人关节的减速器处。将减速器近似为线性扭簧模型，机器人关节的角度变形量与输出力矩成正比，比例关系即为关节刚度系数。通过辨识关节减速器的刚度系数，可以在任意点位估算各个关节角的角度变形量补偿回机器人控制器，提升机器人的绝对定位精度。

目前，常用的刚度系数辨识方法，如李骁的“一种工业机器人减速机扭转刚度试验台”，在试验台架上辨识单关节的刚度系数，操作繁琐。而通过模型法辨识得到的刚度系数可以同时辨识各个关节轴的刚度系数，修正关节角度提升机器人绝对定位精度。

发明内容

本发明的发明目的是为了克服现有技术中的刚度系数辨识操作繁琐、准确度差的不足，提供了一种基于激光跟踪仪进行高精度测量、对工业机器人刚度系数矩阵进行全局笛卡尔空间误差优化的辨识校准方法。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种工业串联机器人关节刚度系数辨识方法，包括工业串联机器人、机器人控制器、计算机、激光跟踪仪和安装激光靶标的工装；计算机分别与机器人控制器和激光跟踪仪数据连接，工业串联机器人与机器人控制器数据连接；安装激光靶标的工装与机器人末端固连接；包括如下步骤：

（1-1）根据GB/T12642选择工业机器人灵活工作空间中立方体中的任意m个位置点，机器人控制器控制机器人末端到达选定的m个位置点，且固连于机器人末端的安装激光靶标的工装在每个位置点处姿态均朝向激光跟踪仪；

（1-2）计算机控制激光跟踪仪测量机器人满载工况下末端激光靶标在m个位置点的激光靶标位置y；计算机通过控制器读取工业机器人在m个位置点的各轴关节角度值；

（1-3）计算机利用记录的m个位置点关节角度值，各轴电机的控制电流值I，测量的激光靶标位置y，对机器人名义结构参数值进行计算，得到刚度系数矩阵；

（1-4）计算机将辨识的刚度系数更新到机器人控制器中，完成对机器人的关节变形补偿。

本发明能够基于激光跟踪仪进行高精度测量、对工业机器人刚度系数辨识补偿关节角变形，进行全局笛卡尔空间误差优化。

机器人的末端负载及自重会导致机器人的关节角变形，进而影响机器人末端位置。机器人关节角度值偏差与机器人末端位置偏差关系可以通过雅克比矩阵表示。

作为优选，步骤（1-3）包括如下步骤：

（2-1）设定为机器人的微分运动学模型，其中，为机器人末端位置偏差，J为机器人关节误差空间到机器人末端位置误差空间的转换关系，为关节角的偏差；

（2-2）设定机器人末端位置偏差为

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