[发明专利]基于运动学与空间插值的机器人绝对定位精度标定方法

说明书

本发明一种基于运动学与空间插值的机器人绝对定位精度标定方法，属于机器人控制方法领域；首先，分别建立机器人几何参数误差模型和柔度误差模型，得到可定量计算误差ΔV；然后，测量机器人实际的末端位姿，获得辨识实验数据，采用EKF算法进行机器人可定量计算误差ΔV参数识别，利用识别获得的机器人误差参数对机器人名义几何参数进行修正，即完成机器人第一次定位误差补偿，剩余机器人定位残余误差；再构建机器人定位残余误差模型；最后，进行机器人第二次定位误差补偿；最后得到机器人的期望位置。本发明建立了考虑关节影响度的变节点距离插值算法，能够有效提升机器人绝对定位精度，改善现有方法与技术在精度上的不足。

技术领域

本发明属于机器人控制方法领域，具体涉及一种基于运动学与空间插值的机器人绝对定位精度标定方法，具体为用于磨削、铣削等机械加工的工业机器人的绝对定位精度误差补偿方法。

背景技术

工业机器人多为空间六轴串联机构，相较于数控机床，其具有加工灵活性高、成本低以及工作空间大等优势，因此越来越多的被应用于机械加工领域，尤其是具有多品种小批量以及结构较大等特征的工件。然而工业机器人绝对定位精度差(一般大于0.1mm)，造成机器人位置控制精度较低，较难实现机器人末端与工件的精准接触，因此加工精度较低。受制于其绝对定位精度，工业机器人目前多用于码垛、搬运等粗放式作业及其他精度要求较低的粗加工过程，极大地限制了其在高精度加工领域的应用。因此如何有效提升工业机器人绝对定位精度，对于提升加工质量，拓展工业机器人应用范围具有重要的理论意义与工程应用价值。

为有效提升机器人的绝对定位精度，国内外诸多学者与工程人员做了大量的研究。机器人绝对定位精度标定方法按照控制方式主要分为两种：全闭环控制以及半闭环控制。前者方法主要是通过在机器人末端增加检测装置，通过视觉识别等技术实时获取末端位置并通过集成技术将其反馈到机器人控制系统，与理论位姿进行对比，进而依据实时偏差数据对其末端位姿进行校正。这种方式不关注机器人的定位误差来源，原理简单且精度高，但是应用成本较高且过程复杂，对于外形比较复杂的部件以及在工业现场中此方法不易实施。后者则主要针对机器人定位误差源进行分析与定量研究，构建相应的误差识别模型，并通过外部测量设备获得实测数据和理论数据的偏差，从而辨识机器人实际模型与理论模型之间的误差，达到补偿绝对定位精度的目的。由于其应用简单，成本较低，因此得到了广泛的研究与应用。但是机器人定位误差来源众多，包含齿轮间隙、机械臂的质量分布、负载变化、热效应等具有较强非线性与耦合特征的非几何参数，因此难以构建准确的映射模型。同时多数研究同样没有考虑多关节型机器人的结构特点和运动特性，以及机器人的位姿误差分布特点及作用规律。因此通过结合机器人结构与空间运动特征，进而依据定位误差源进行针对性的多重误差补偿，可以进一步有效提升机器人绝对定位精度，拓展其在高精度加工领域的应用范围。

发明内容

要解决的技术问题：

为了避免现有技术的不足之处，有效提升机器人绝对定位精度，进一步拓展机器人在高精度加工领域的应用范围，本发明提出一种基于运动学与空间插值的机器人绝对定位精度标定方法，结合机器人几何结构与空间运动特征，在综合考虑机器人定位误差生成机理与空间运动异性特征的基础上，采用几何参数定量计算与非几何误差插值相结合的方式。

本发明的技术方案是：一种基于运动学与空间插值的机器人绝对定位精度标定方法，其特征在于具体步骤如下：

步骤一：基于机器人几何参数，采用MD-H运动学方法构建机器人几何参数误差模型，表示为：

ΔT₁＝J_IΔV_g