[发明专利]一种重载机器人标定方法

说明书

本发明公开了一种重载机器人标定方法，通过结合可解析的梁变形模型和数据驱动的高斯过程回归模型的非几何误差补偿方法，先去除非几何误差中不符合高斯过程先验分布的误差，再使用数据驱动的方法进一步提高重载直角坐标机器人的定位精度。解决重载机器人在几何误差补偿后，直接使用高斯过程回归模型补偿非几何误差可能会出现标定精度波动的现象。

技术领域

本发明属于机器人标定技术领域，具体涉及一种结合梁变形和高斯过程回归模型的重载机器人标定方法。

背景技术

大型重载机器人，在长行程工作领域，主要指桁架式直角坐标机器人。由于其具有行程长，负载大，可靠性好的优点，所以被广泛应用在上下料、搬运、喷涂、焊接以及金属精加工等领域。

目前工业机器人普遍存在着重复定位精度高，绝对定位精度低的问题，而影响机器人定位精度的因素可分为几何误差和非几何误差因素。几何误差主要是由于机器人的装配和零件的加工制造引起的误差，非几何误差主要是连杆变形，齿轮间隙和磨损以及温度影响等造成的误差。

提高定位精度的方法最常使用的是标定技术。目前，大多数标定方法仅仅是在运动学层面的，这对应用于高精度领域的重载直角坐标机器人是不够的。近几年，也有人提出在几何误差补偿后，直接使用高斯过程回归模型来补偿机器人的非几何误差。但是对于长行程重载直角坐标机器人，这种方法会造成标定精度出现较大的波动，其主要原因在于直角坐标机器人在大负载作用下的梁变形误差并不是一个简单的、随机的高斯过程，而是一个可解析的模型。因此，我们在完成几何误差补偿之后，提出了一种结合梁变形和高斯过程回归模型的重载直角坐标机器人标定方法。

如何提供一种重载直角坐标机器人标定方案，是一个急需解决的问题。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种重载机器人标定方法，从而克服现有技术的不足。

为实现前述发明目的，本发明采用的技术方案包括：一种重载机器人标定方法，包括以下步骤：

S100，在几何补偿过程中，指定一个机器人名义末端位置作为目标位置，根据修正运动学参数得到在几何误差补偿过程中机器人平动关节位移其中，为名义的运动学参数向量，为运动学参数偏差向量；

S200，对于非几何误差，先用梁变形模型补偿由于外负载作用导致的变形误差，得到梁变形模型补偿中的关节位移是其中，∈为通过梁变形模型计算出的变形误差；

S300，再用高斯过程回归模型来进一步补偿残差，得到高斯过程回归模型中的关节位移其中，e为通过高斯过程回归模型计算出的残差；

S400，最后计算得到总的平动关节位移

在一优选实施例中，所述S100包括：

S101，建立重载机器人的三维模型，在该模型中，定义运动学参数向量其中，θ₁表示立柱OA与垂直方向的偏离角度，θ₂表示AB与水平方向的偏离角度，θ₃表示BP与垂直方向的偏离角度，h＝|OA|表示立柱的高度，a₀，b₀表示x轴和z轴的平动关节零点位置的偏移，a，b被定义为x，z轴移动关节的位移；

S102，在名义运动学模型中，计算得到机器人名义末端位置

其中，是位移向量η和名义的运动学参数向量到名义末端位置的映射，

S103，根据修正运动学参数偏差得到在几何误差补偿过程中机器人平动关节位移其中，为运动学参数偏差向量

在一优选实施例中，所述运动学参数偏差向量使用非线性最小二乘法来辨识。

在一优选实施例中，所述S200包括：