[发明专利]一种减小轮廓误差的工业机器人在线位姿误差补偿方法

说明书

本发明涉及一种减小轮廓误差的工业机器人在线位姿误差补偿方法，采用激光跟踪仪作为测量仪器，将T‑Mac固定在机器人末端；通过标定使激光跟踪仪能向激光跟踪仪控制用PC实时的传输机器人末端位姿；机器人控制器同时接收来自激光跟踪仪控制用PC和机器人驱动器的机器人末端位姿信息，比较后得到位置跟踪误差；通过笛卡尔空间内规划的末端移动速度求出从位置误差到轮廓误差的变换矩阵从而计算出轮廓误差；将笛卡尔空间的轮廓误差通过雅克比矩阵转化为关节空间的关节角误差；将转化后的关节角误差加到各关节位置驱动器从而实现各轴之间的耦合控制。

技术领域

本发明涉及机器人控制领域，具体地说是机器人末端的位姿误差补偿方法用于提高机器人在加工过程中的轮廓误差。

背景技术

在使用机械臂进行焊接，铣削等作业中，要求机械臂沿预定的参考轨迹运动以完成预期的任务。这类运动称为多轴轮廓运动。在多轴轮廓运动中，轮廓误差(实际轨迹上的点到参考轨迹的法向距离)是比位置跟踪误差(采样时刻实际位置与参考位置之间的距离)更为重要的性能指标。目前针对工业机器人的运动控制，各轴之间的控制是相互独立的，每个轴的误差仅由自身去调节，其它轴没有相应的误差补偿。

轮廓误差作为反映多轴轮廓控制最终效果的性能指标，比跟踪误差具有更重要的意义，在控制实践中，由于轮廓误差的实时计算非常复杂，往往用跟踪误差来代替作为控制器输入的误差，但是在某些情况下跟踪误差的改善并不一定带来轮廓误差的改善，并且过大的控制增益有可能带来系统的不稳定。

产生机器人的轮廓误差的原因可以分为两类：各轴增益参数不匹配；外部扰动(包括摩擦力、振动和反冲力)。同时各种非线性因素引起的动态误差存在于机器人的运动过程中，降低了机器人的精度。所以对机器人进行误差补偿，提到其轮廓精度是很重要的。

当前主要有两类补偿方法：一类是离线方式，即对工业机器人的误差进行精确测量和标定，构建误差模型，通过参数辨识和补偿，进行机器人误差修正，这类方式建立的标定或补偿模型在使用时不可以改变；另一类是在线方式，即对机器人位姿误差在线动态修正；影响机器人的轮廓误差的因素众多，各因素在不同情况下对机器人的影响程度不同，所以后一类在线对机器人位姿误差动态修正的方式显然比前一类方式精度高。

发明内容

本发明的目的在于提供一种减小轮廓误差的工业现场应用的机器人末端位姿误差在线补偿方法，该方法通过比较激光跟踪仪测量的机器人末端位姿实测值和由机器人控制柜给出的机器人末端位姿的理论值得到位置跟踪误差；通过由机器人控制柜给出的笛卡尔空间内规划的末端移动速度求出从位置误差到轮廓误差的变换矩阵从而计算出轮廓误差；将笛卡尔空间内的轮廓误差反算到关节空间，进而对其进行补偿。

本发明解决上述问题所采用的技术方案是：

一种减小轮廓误差的工业机器人在线位姿误差补偿方法，包括以下步骤：

步骤1：设置激光跟踪仪位置，其视角为待检测的机械臂，对激光跟踪仪进行标定，获取激光跟踪仪坐标系到世界坐标系的转换矩阵；

步骤2：机械臂末端安装激光靶标T-Mac；

步骤3：计算机械臂末端姿态位置的理论值Pos_ideal从而改变机械臂运动轨迹，通过激光跟踪仪实时获取机械臂末端姿态位置的激光跟踪仪实测值Pos_track；

步骤4：根据机械臂末端姿态误差Δp、移动速度计算轮廓误差Δc_h，再将轮廓误差反解到各关节的关节角误差Δq；

步骤5：将关节角误差Δq作为补偿量对机械臂末端位姿进行位置补偿。

所述通过激光跟踪仪实时获取机械臂末端姿态的实际值Pos_track是通过：先获取激光跟踪仪坐标系下的机械臂末端姿态，再转换到世界坐标系下的机械臂末端姿态位置的激光跟踪仪实测值Pos_track。