[发明专利]基于遗传算法的六自由度串联机器人误差标定方法

说明书

本发明公开一种基于遗传算法的六自由度串联机器人工具和零位误差的快速标定方法，本发明涉及通用六轴工业机器人零位误差标定和TCP工具计算方法。其主要解决现有标定技术存在的两个问题，1、商业化的标定方法标定仪器价格昂贵；2、简易标定方法如果引入的误差大的样本数据将导致准确性、测试难度大大增加。本发明通过：1)DH参数建模方法建立机器人实际模型；2)采用空间对点的方式，将机器人末端对齐到同一个点N次(N≥4)，记录N个点的关节轴数据；3)基于遗传算法建立误差模型寻找机器人零位误差的最优误差参数；4)通过穷举法优化零位误差参数；5)计算补偿零位误差参数后的TCP工具值。本发明应用于机器人误差标定方法领域。

技术领域

本发明涉及一种六自由度串联机器人误差标定方法，具体说是涉及一种基于遗传算法的六自由度串联机器人工具和零位误差的标定方法。

背景技术

机器人出厂后的精度保证主要来源于标定技术。铸件的机加工和装配必定存在一定的合理误差，而机器人标定则保证了机器人的精度。机器人标定技术主要通过建立误差模型，提出可行的误差补偿策略，从而提高机器人精度。

机器人标定就是通过测量和参数辨识计算出机器人模型的准确参数，并通过机器人控制算法补偿或修改理论运动学模型来补偿机器人误差，从而提高机器人绝对精度。提高机器人绝对精度的方法目前主要由两种：(1)从源头降低误差，提高加工工艺和过程控制，提高制造精度，这种方法考虑成本和实际生产工艺水平具有极大的局限性。(2)误差参数辨识法，即机器人标定，通过简单的一些辅助测量，准确获取机器人实际模型和理论模型的参数误差，并补偿到实际机器人控制器中，此方法过程简单，可以高效的提高机器人的绝对精度。

现有的标定技术中主要有激光跟踪仪测量机器人空间位置信息并参数辨识，或者一些传统机械式的拉线标定设备，其昂贵的设备成本无法满足实际的工业现场的操作环境。中国发明专利申请文献《一种高效便捷的简易机器人标定方法》(公开号CN107717993A)，提出了一种仅需末端工装就可实现标定的测量方法。这种方法比较简单。但是靠肉眼对点过程中存在一些测量误差比较大的数据时，没有办法剔除掉，反而会参与迭代，使得误差数据一直存在在测量数据之中，从而得到的误差参数有一定的局限性，导致对点的个数对标定结果存在极大的影响。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术存在的缺陷，提供一种基于遗传算法的六自由度串联机器人误差标定方法。该方法结合了机器人的D-H误差模型和遗传算法来计算机器人的零位误差，并反馈给机器人，在此基础上计算工具坐标系，从而实现提高机器人绝对精度和工具坐标系精度的目的。可以有效避免对点过程中个别点位误差大导致的标定结果不稳定的情况，从众多数据中选择最优结果进行机器人精度补偿。

为实现发明目的，本发明提出的基于遗传算法的六自由度串联机器人误差标定方法，其步骤如下：

步骤1.建立机器人D-H误差模型，建立机器人的实际模型；

步骤1.1建立机器人D-H误差模型，规定两个相连的连杆轴线分别为i和i-1，连杆轴线i和i-1的公法线设为连杆长度a_i-1，两个相连的连杆所形成的夹角设定为扭角α_i-1，两条公法线和距离为连杆偏距d_i，a_i-1和a_i之间的夹角为θ_i，称为关节角，i＝1,2,3,4,5,6。

机器人D-H误差模型就由上述四个参数(连杆长度a，相连连杆的夹角α，杆偏距d，a_i-1和a_i之间的夹角θ_i)组成。

步骤1.2建立机器人的实际模型，两个相连轴线i和i-1间的模型的表达式为：