[发明专利]一种基于刚柔耦合的建筑机器人误差分析方法及验证方法

说明书

本发明提供了一种基于刚柔耦合的建筑机器人误差分析方法及验证方法，其中，一种基于刚柔耦合的建筑机器人误差分析方法，包括以下步骤：步骤一，基于MD‑H建立刚性运动学模型；步骤二，建立基于负载以及杆件自重影响下的柔性关节模型；步骤三，建立基于负载以及杆件自重影响下柔性连杆模型；步骤四，通过正运动学求出柔性关节及柔性连杆综合作用下的总末段位置误差，对机械臂末端误差进行补偿。本发明还提供了一种基于刚柔耦合的建筑机器人误差验证方法，运动学仿真软件中对机器人杆件及关节进行柔性化处理，在添加不同负载，观察机器人末端位置误差，对理论分析结果进行验证。本发明解决了大空间低速重载工况下建筑机器人装配作业过程中由于负载以及杆件自重所造成的自身柔性变形所带来的误差补偿问题，同时验证误差的正确性，在成本一定的条件下，提高了刚柔耦合误差补偿模型的精度与效率。

技术领域

本发明涉及机器人技术领域，具体涉及一种基于刚柔耦合的建筑机器人误差分析方法及验证方法。

背景技术

建筑装配作业对象通常尺寸大，载荷大，因此要求机器人有更大的工作空间和承载能力，而大空间低速重载是建筑机器人作业的典型特征，因此建筑机器人在工作时，自身结构会发生柔性变形。随着现代建筑行业的发展，对精度的要求也越来越高，因此大型机械系统呈现的柔性化特点逐渐备受关注。近年来，不少学者对建筑机器人误差进行分析时，不考虑机器人本体自身结构柔性变形的影响，将所有部件均以刚体模型进行等效，从而建立单纯的刚体模型。但是在很多工程问题中，单纯刚体模型与实际情况相差甚大，会造成较大的误差，从而影响施工精度。

发明内容

本部分的目的在于概述本发明的实施例的一些方面以及简要介绍一些较佳实施例。在本部分以及本申请的说明书摘要和发明名称中可能会做些简化或省略以避免使本部分、说明书摘要和发明名称的目的模糊，而这种简化或省略不能用于限制本发明的范围。

针对上述的不足，本发明提供了一种基于刚柔耦合的建筑机器人误差分析方法及验证方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种基于刚柔耦合的建筑机器人误差分析方法，包括以下步骤：步骤一，基于MD-H建立刚性运动学模型；步骤二，建立基于负载以及杆件自重影响下的柔性关节模型；步骤三，建立基于负载以及杆件自重影响下柔性连杆模型；步骤四，通过正运动学求出柔性关节及柔性连杆综合作用下的总末段位置误差，对机械臂末端误差进行补偿。

进一步地，步骤一包括：本发明的研究对象为建筑领域中的自制喷涂机器人，其具有6个独立旋转关节，定义旋转关节轴线为Z轴，两个相邻轴线的公垂线为坐标系X轴，公垂线与旋转关节轴线的交点作为坐标系原点，然后通过笛卡儿坐标系右手定则确定Y轴方向，按照以上规则分别建立6个坐标系，完成刚性运动学建模。

进一步地，步骤二包括：将刚性运动学模型中的关节柔性化，将所有关节描述为扭力弹簧，建立柔性关节模型，由柔性关节导致的关节角偏转角可以表示为：Δθ＝C·T。考虑负载以及杆件自重，从机器人末端依次计算出每个关节的偏转角，并将其转化为矩阵形式。

进一步地，步骤三包括：基于挠曲线方程：将将刚性运动学模型中的连杆柔性化，建立柔性连杆模型。将连杆的柔性变形对末端位置的影响分解为水平和竖直两个方向，并将其转化为矩阵形式。

进一步地，步骤四包括：通过柔性关节模型求出总关节误差，通过正运动学求解出考虑柔性关节误差下的末段位置矢量，与刚性运动学模型的理论位置矢量作差，即为柔性关节项末段位置误差。同理，考虑连柔性杆误差下的末段位置矢量，与刚性运动学模型的理论位置矢量作差，即为柔性连杆项末段位置误差。柔性关节项末段位置误差与柔性连杆项末段位置误差之和即为总末段位置误差，最后根据总末段位置误差对刚性模型进行补偿误差即可。