[发明专利]工业串联机器人的关节传动比误差校准方法

权利要求书

1.一种工业串联机器人的关节传动比误差校准方法，其特征是，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；工业串联机器人和机器人控制器数据连接，计算机分别与机器人控制器和激光跟踪仪数据连接；安装激光靶标的工装与机器人末端固连接；包括以下步骤：

(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，使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的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末端在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每个位置点的各轴关节角名义值θⁿ；

(1-3)计算机利用记录的m个位置点关节角名义值θⁿ，测量的激光靶标位置y，利用机器人名义结构参数值计算得到传动比误差值；

机器人的传动比误差影响机器人的关节角度值，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通过雅克比矩阵表示：

(1-3-1)设定dP＝J(θⁿ)dθ为机器人的微分运动学模型，其中，dP为机器人末端位置偏差，J(θⁿ)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，称为雅克比矩阵，dθ为关节角的偏差值；

(1-3-2)设定机器人末端位置偏差为

dP＝y-f(θⁿ)；

其中，dP为机器人末端位置偏差值，y为激光跟踪仪测量得到的激光靶标位置，f(·)为机器人的正解函数，描述机器人关节角度值到机器人末端位置的映射关系，为机器人各轴关节角度名义值，θ_iⁿ是第i关节角度名义值，i＝1，..k，k为机器人关节总数；

(1-3-3)设定θ^a是机器人各轴关节角度实际值组成的向量；

(1-3-4)设定减速比的误差为

其中，k_i为第i关节名义与实际减速比之比，即为减速比误差，r_iⁿ和r_i^a分别表示为第i关节减速比的名义值和实际值，θ_i^m表示第i关节减速器的输入值，θ_i^n′和θ_i^a′分别表示第i关节减速器的名义和实际输出值；

(1-3-5)设定耦合比的误差为

其中，和分别表示第j关节对第i关节的耦合比的名义值和实际值；

(1-3-6)设定机器人各轴的耦合关系为当前关节转动只会对后续的关节产生转动，则所有的耦合比参数构造一个解耦矩阵C；θ_iⁿ和都能够从机器人控制器中读取，那么θ_i^n′通过计算得到

上式重新写为

(1-3-7)设定第i个关节角实际值为

(1-3-8)设定第i个关节角的偏差为

其中，dk_i是第i个关节的减速比误差的偏差，dh_ji是第j关节对第i关节的耦合比误差的偏差值；

(1-3-9)将m个位置点的名义关节角度值θⁿ和m个位置点的测量激光靶标位置y代入中，计算出传动比误差的偏差dk，dh；

其中，p＝1，...，m，m为机器人运动到空间任意位置点的个数；^pdP为第p次测量数据计算得到的机器人末端位置偏差值，^pJ(θⁿ)为第p次测量对应计算得到的雅克比矩阵；dθ＝[dθ₁，…，dθ_k]为各个关节轴的关节角偏差值；dk＝[dk₁，…dk_i…dk_k]；dh＝[dh₁₂，…dh_ji…dh_k-1k]；

(1-3-10)将传动比误差的偏差dk，dh，加上原先的传动比误差k和h作为新的传动比误差；其中，k＝[k₁，…k_i…k_k]；h＝[h₁₂，…h_ji…h_k-1k]；

当dk和dh中至少有一个大于R时，转入步骤(1-3-1)，其中，R为修正阈值；

当dk和dh均≤R时，得到修正后的传动比误差；

(1-4)计算机将辨识的传动比更新到机器人控制器中，完成对机器人传动比参数误差的补偿；

基于激光跟踪仪进行高精度测量、对工业机器人传动比误差进行全局笛卡尔空间误差优化；而通过模型法辨识得到的传动比误差更大程度地提升机器人绝对定位精度。

2.根据权利要求1所述的工业串联机器人的关节传动比误差校准方法，其特征是，R为10^-7至10^-13。