[发明专利]一种提升工业机器人绝对定位精度的运动学方法

说明书

本发明涉及一种提升工业机器人绝对定位精度的运动学方法，包括S1：建立机器人的几何参数ɡ的误差模型，对机器人末端的位姿误差ΔX进行采集，采用辨识方法对机器人的DH几何参数误差Δɡ进行辨识；S2：在机器人控制器中分别设计名义逆运动学算法模块f^‑1、带有几何参数误差Δɡ的正运动学算法X^E模块和计算机器人几何雅克比矩阵J算法模块；S3：机器人控制器通过名义逆运动学、带有误差参数的齐次变换的正运动学和利用几何雅克比反解关节空间偏差相结合的方法，实现补偿运动学算法。本发明将几何误差参数导致的机器人位姿误差采用雅克比映射至关节空间偏差，并将其与名义逆运动学结合实现了绝对定位精度提升的运动学算法。

技术领域

本发明涉及工业机器人技术领域，具体的说是一种提升工业机器人绝对定位精度的运动学方法。

背景技术

工业机器人由于加工装配过程的制造几何参数误差，连杆和关节的柔性，及减速机齿隙等诸多不可避免的因素导致机器人绝对定位精度差，而其中几何参数误差是机器人末端误差的主要来源。工业机器人的标定及对应的补偿算法是提升机器人的绝对定位精度的一种有效途径。为了能够使工业机器人能够满足更为精准的精细化作业以及离线编程仿真程序能够直接应用到现场，并将机器人的实际的几何运动学模型与仿真环境中的模型匹配一致，需要设计一种提高机器人的绝对定位精度的运动学方法，补偿相关误差。

中国专利号为CN201710811069的专利中公开了一种用于工业机器人的误差补偿方法，其主要是通过动力学模型计算机器人末端力并结合重力、惯性力的刚度矩阵求解机器人末端受力状态的柔性偏移量，通过可接受误差反复迭代修正机器人末端位姿数据，最后通过逆运动学求解关节输入变量。此专利主要是通过动力学模型和刚度矩阵的方法补偿机器人各个零部件的弹性变形引起的末端位姿误差。弹性变形导致的误差通过此方法可以得到有效补偿。但是几何参数误差是机器人末端误差的主要来源。

欧洲专利EP1250986A2于2001年公开了一种补偿弹性变形的运动学方法。美国专利US5162713于1992年公开了一种首先确定SCARA机器人几何参数中的杆长误差和关节变量误差，然后将这些误差和名义逆解联合求解新的修正笛卡尔坐标，最后将修正笛卡尔坐标作为机器人逆解的输入，从而获得补偿后的机器人关节变量。此专利仅针对SCARA类工业机器人补偿部分几何参数误差，适用范围有限，补偿精度也有限。

发明内容

为了避免和解决上述技术问题，有效提高机器人的绝对定位精度，本发明考虑影响绝对定位精度主要因素即几何误差，本发明提出了一种提升工业机器人绝对定位精度的运动学方法。

本发明所要解决的技术问题采用以下技术方案来实现：

一种提升工业机器人绝对定位精度的运动学方法，包括以下步骤：

S1：首先建立机器人的几何参数ɡ的误差模型，在机器人的工作空间内对机器人末端的位姿误差ΔX进行采集，并采用辨识方法对机器人的DH几何参数误差Δɡ进行辨识；机器人末端位置X和关节变量q之间的运动学关系为：

X＝f(q,ɡ) (1)

考虑几何参数误差Δɡ后，机器人末端位置和关节变量之间的运动学关系为：

X+ΔX＝f(q,ɡ+Δɡ) (2)

通过关系式(1)和(2)，建立机器人末端的位姿误差ΔX和几何参数误差Δɡ之间的关系为：

ΔX＝Η(ɡ)Δɡ (3)

其中，Η(ɡ)为误差辨识雅克比矩阵，此矩阵在已知机器人的关节位置后，可以求得矩阵实际值；因此通过检测机器人末端位姿误差，经关系式(3)可以求得关节误差Δɡ。