[发明专利]一种机器人定位误差分级补偿方法

说明书

本发明公开一种机器人定位误差分级补偿方法，包括以下步骤：计算补偿前末端位姿误差；建立运动学模型和运动学误差模型；计算各运动学参数误差最优解和修正后的运动学模型和修正的运动学模型下末端位姿；计算定位误差补偿后输入给的补偿量；计算实际到达位姿，得到经过参数标定之后的残余误差；建立残余误差估计模型，进行期望目标点的补偿；预测定位误差；预测的期望目标点残余误差；计算输入给的补偿量；计算末端实际到达位姿，补偿完成。本发明能够有效的提高工业的绝对定位精度；采用基于空间相似性的残余误差模型，能够体现定位误差在空间中表现出的各向异性。

技术领域

本发明涉及自动钻铆技术领域，具体的说，是一种机器人定位误差分级补偿方法。

背景技术

新兴的机器人技术的发展使得机器人可作为一种高质量高效率的平台，配以末端执行器、柔性工装、检测感知等子系统，构成各种不同的机器人柔性自动化系统。在新兴技术支持下，工业机器人逐渐向高精度领域方向拓展，作业任务向高效精密作业发展。因此为实现航空工业的更高质量、更高效率、更高柔性的制造装配技术要求，工业机器人的绝对定位精度的提高成为了亟待解决的技术难题。实际上，对于重复定位精度在0.1mm左右的没有任何精度补偿措施的重载机器人系统，其绝对定位精度一般在1～2mm左右，显然不能满足航空制造领域大型部件自动钻铆的精度要求，因此使用机器人精度补偿技术，提高工业机器人的绝对定位精度对于工业机器人在航空制造领域的应用是十分必要的。

当前为了实现机器人高精度控制，主要存在两种方法：离线标定前馈控制方法和在线检测反馈控制方法。其中反馈控制技术又包括关节反馈控制技术和末端反馈控制技术。曲巍葳等提出的末端反馈控制技术其实质是在机器人末端增加空间6D传感器并利用激光跟踪仪全闭环反馈控制，实时检测机器人的末端位姿实现机器人的高精度控制，显著提高机器人的点位运动的绝对定位精度。但由于其方法对于加工开敞性较差的场合，激光跟踪仪容易断光，在工业现场不易实施。美国Electroimpact公司为了提高机器人的定位精度，在各关节处增加光栅尺，整体利用西门子840D数控系统重新开发机器人控制系统。但是这种方法整体改造机器人控制系统任务量大较为繁琐，并且该方法主要依赖光栅尺的标定精度。日本FANUC为了实现高精度制孔铆接，通过将机器视觉iRVision技术集成到机器人控制器中，利用iRVision相机检测空间位姿并调整机器人的运动。上述的在线检测反馈控制方法都存在设备成本昂贵，并且高度依赖外部的检测设备，增加了末端执行器或者机器人关节的复杂程度，对于工业现场环境有更高的要求。因此大部分机器人精度补偿技术研究都集中在机器人运动学标定方面离线标定前馈控制方法，主要分为基于运动学模型的标定方法和无运动学模型的标定方法；具体包括以下方法：

1、将机器人的工作空间划分为一个个网格，在每个网格中进行机器人运动学参数标定，得到该网格下的一组参数误差，然后根据期望目标位姿选取其所在网格的参数误差进行前馈补偿。这种方法虽然能够达到较好的补偿效果，但是存在前期的机器人运动学参数标定任务量大的弊端。

2、使用激光跟踪仪测量拟合出机器人各关节转轴及所需各几何特征，并据此建立更贴合实际的机器人运动学模型。这种方法受到外界环境的影响因素大，从而拟合出的关节转轴存在一定的误差。

3、采用径向基函数神经网络(Radial Basis Function Network)对DR06工业机器人的几何误差和非几何误差进行了识别，将机器人的最大定位误差由5.8mm减小至1.8mm。采用神经网络进行机器人运动学参数的缺点在于其求得的最优解往往是局部极值，导致识别精度较低。

4、对于工作空间内划分的网格中的一待补偿点，采用网格的顶点所对应的定位误差进行反距离加权插值，估计待补偿点的定位误差。该方法计算过程简单，不需要建立复杂的误差模型，但是当待补偿点的姿态变化较大时，使用该方法的估计误差可能会较大。

发明内容

本发明的目的在于提供一种机器人定位误差分级补偿方法，有效地补偿机器人的残余误差，经过分级补偿后将机器人误差减小到0.3mm，显著提高机器人的绝对定位精度。