[发明专利]一种五自由度混联机器人直接误差补偿技术

说明书

本发明公开了一种五自由度混联机器人直接误差补偿技术：建立坐标系统；并联机构位姿误差检测及预估；串联转头位姿误差检测及预估；混联机器人位姿误差预估及补偿；检测混联机器人在工作空间内的位姿误差，直至精度满足需求。本发明结合了串联机器人工作空间大和并联机器人加速度大、刚度高的特点，以高速高精加工为目标，在大尺度非结构环境下的加工制造领域具有广泛的应用前景，适用于机器人误差补偿。

技术领域

本发明涉及制造装备的误差补偿技术，尤其涉及一种五自由度混联机器人直接误差补偿技术，属于机器人领域。

背景技术

由三自由度并联机构与两自由度串联转头搭建而成的五自由度混联机器人是一种新型五轴联动加工装备，其结合了串联机器人工作空间大和并联机器人加速度大、刚度高的特点，以高速高精加工为目标，在大尺度非结构环境下的加工制造领域具有广泛的应用前景。如Tricept、Exechon等五自由度混联机器人已在航空航天、汽车制造等领域开展了初步应用，并取得了良好效果。

精度是该类五自由度混联机器人的重要性能指标。在具备良好基础制造精度的前提下，误差补偿是进一步提高该类装备精度的有效手段。通常情况下，误差补偿分为以下四个步骤：误差建模、误差检测、误差辨识和补偿实施。以往在精度要求不高的场合，上述方法尚可满足工程需求，然而随着对该类装备精度要求的逐步提升，上述传统补偿方法已无法使装备达到所需精度。主要原因在于：第一，该类五自由度混联机器人关节数目较多，每一关节存在六项误差源，关节两两之间又存在多项结构误差，故误差源数量众多，若考虑全部几何误差源，则模型过于复杂且会导致模型过度参数化，影响辨识精度，若只考虑部分几何误差源，则无法精确描述装备的误差特性；第二，前述误差模型仅可考虑装备的几何误差，然而误差检测环节得到的末端位姿误差测量值不仅含有几何误差源的影响，而且包含重力场引起的静变形误差、温度场变化引起的热变形误差等，忽略此类误差将导致误差辨识结果偏离真值，从而无法准确预估混联机器人在任一位姿处的误差补偿值；第三，现有误差补偿技术步骤繁琐，且误差累积现象严重，制约补偿精度的提高，如未建模误差导致模型无法精确描述真实机构、测量环节引入测量噪声、误差辨识环节中采用数据拟合技术带来的计算误差等。

发明内容

本发明的目的是为了克服现有技术中的不足，提供一种高精度、高效率、便于工业现场应用的、可直接基于误差检测数据完成误差补偿的五自由度混联机器人直接误差补偿技术。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的。

本发明的一种五自由度混联机器人直接误差补偿技术，其特征在于，包括以下步骤：

(1)建立坐标系统；

(2)并联机构位姿误差检测及预估：

在并联机构的动平台上选取参考点，将并联机构工作空间划分为空间网格，所有网格依顺序编号为1,2,…,i_并,…,N_并，第i_并个网格的所有节点分别记为其中m_并为每个网格的节点数目；

保持串联转头不动，控制并联机构的动平台的参考点运动至各个网格节点处，测量并记录各节点处的动平台位姿误差，记第i_并个网格的第j_并个节点处的动平台位姿误差向量为其中为第i_并个网格的第j_并个节点处的动平台的参考点位置误差向量，为第i_并个网格的第j_并个节点处的动平台姿态误差向量；

当并联机构运动至其工作空间内任一位姿处时，寻找并确定当前并联机构的动平台的参考点所在的网格单元，提取该网格单元所有节点处的动平台位姿误差测量值，依据参考点在上述网格中的相对空间位置，采用插值运算手段计算并预估当前位姿处动平台的位姿误差为：