[发明专利]一种六自由度混联抛光机器人位姿精度校准装置及方法

权利要求书

1.一种六自由度混联抛光机器人位姿精度校准方法，基于位姿精度校准装置，位姿精度校准装置包括球形检验棒、底板、竖板A、竖板B和工作台，所述球形检验棒固定安装于抛光机器人的抛光执行器末端；竖板A、竖板B垂直固定安装于底板，且竖板A和竖板B保持相互垂直；所述竖板A和竖板B的上下两侧分别设有安装孔，所述安装孔内分别安装有对刀器，所述底板中心位置也设置有安装孔和对刀器；所述底板上设有销孔并通过销连接方式与工作台固定连接；其特征在于，包括以下具体步骤：

(1)建立六自由度混联抛光机器人驱动关节零点误差与末端球形检验棒位姿误差之间的映射模型

Δ＝TΔχ+ε

其中，Δ＝(Δx Δy Δz Δα Δβ)^T表示混联抛光机器人末端球形检验棒的五维位姿误差向量，Δx、Δy、Δz分别为球形检验棒下方圆球球心沿X轴、Y轴、Z轴的位置误差，Δα、Δβ分别为球形检验棒绕X轴、Y轴的转角误差；Δχ表示混联抛光机器人六项驱动关节零点误差构成的误差源向量；T表示误差映射矩阵；ε表示混联抛光机器人未建模误差以及随机噪声对球形检验棒五维位姿误差向量的影响；

(2)将位姿精度校准装置固定安装于工作台上的9组定位销安装孔，检测得到9个测量位置处机器人末端球形检验棒的位置坐标和姿态坐标误差Δ_i，脚标i表示由第i组测量获取的位置坐标和姿态坐标误差向量(i＝1,2,3,…,9)，且Δ_i中元素分别记为Δx_i、Δy_i、Δz_i、Δα_i、Δβ_i；

(3)构造驱动关节零点误差辨识雅克比A以及对应的观测向量L，建立驱动关节零点误差辨识方程组

L＝AΔχ+ε

其中，T_i表示第i个测量位置处的误差映射矩阵；

(4)求解驱动关节零点误差的无偏估计值，具体计算方法如下步骤：

1).驱动关节零点误差辨识雅克比A的维度为m×5，m＝5×9＝45，记A的第j列为α_j＝(a_1,j a_2,j … a_m,j)^T，j＝1,2,…,5；令矩阵A₁＝A，记列向量x₁＝α₁＝(a_1,1 a_2,1 … a_m,1)^T；求解零化矩阵H₁：

其中，σ₁＝-sign(x₁·e₁)·||x₁||₂，e₁是与x₁同维的且第一个元素为1的单位向量，I_m为m阶单位矩阵，sign(·)为符号函数，||·||₂为2范数；

将A₁矩阵第1列第1个元素以下的所有元素零化，得到矩阵A₂

其中，σ_j表示零化后得到的A_j+1矩阵的主对角元中的第j个主元，j＝1,2,…,5，表示矩阵A_j+1中的第k行第l列的元素，k＝1,2,…,m，l＝j+1,j+2,…,5；

2).记列向量即A₂第2列第2个元素及其以下元素构成的向量，构造矩阵矩阵H₂′的维度为(m-1)×(m-1)，进而得到m×m阶零化矩阵H₂：

将A₂矩阵第2列第2个元素以下的所有元素零化，得到矩阵A₃

3).重复第1)步和第2)步所述运算过程，直到得到矩阵A₆为止，此时有

A₆＝H₅H₄H₃H₂H₁A₁＝HA

此时，矩阵A₆变换为上三角矩阵，且表示为

A₆＝[R^T 0^T]^T

其中，R为5×5上三角阵，0为(m-5)×5阶零矩阵；

4).记矩阵H与向量L的乘积HL的前5个元素构成的列向量为ρ，则驱动关节零点误差源向量Δχ的无偏估计值为

(5)将所得驱动关节零点误差估计值作为各对应驱动关节的零点偏置，并换算为对应编码器的脉冲数输入数控系统，修改数控系统回零参数对应的变量值，完成对机器人驱动关节零点误差的校准；

(6)若机器人末端位置坐标和姿态坐标误差均小于许用值，则校准结束；否则重复步骤(2)-(5)，直至机器人末端位置坐标和姿态坐标误差均小于许用值时，校准结束。