[发明专利]一种面向工业机器人的几何误差辨识方法

权利要求书

1.一种面向工业机器人的几何误差辨识方法，其特征在于包括如下步骤：

S1：建立机器人运动学几何误差模型：ΔX＝A·ΔQ，其中ΔX为机器人末端定位误差，ΔQ为机器人几何参数误差，A为描述定位误差与机器人参数误差相互关系的系数矩阵；

S2：控制机器人在空间运动，测量机器人末端位置坐标，同时获取机器人关节角参数，得到机器人的测量位姿；

S3：建立测量位姿综合层次评价指标O_c，综合考虑位姿观测性评价指标O₁、位姿分布离散性指标δ和均匀性指标U，得到最优测量位姿解集S₂，基于改进的序列浮动前向选择算法，从最优测量位姿解集S₂中，确定最优测量位姿，算法包括如下步骤：

S31：初始化空的最优测量位姿解集ω，初始化算法参数包括：待选位姿集合φ，从待选位姿集合φ中随机选择l个位姿作为初始解，开始算法迭代工作；

S32：序列前向添加，从给定的待选位姿集合φ中确定一个位姿，在添加该位姿后，使得最优测量位姿解集ω的观测性评价指标O₁最大；

S33：浮动条件删除，在最优解集ω中判断并删除不重要位姿，直到删除一个不重要位姿后观测性评价指标O₁小于加入新位姿之前；

S34：随机交换与删除，采用测量位姿综合层次评价指标O_c作为判断准则，在每一次迭代结束之前，依次从最优测量位姿解集ω中随机选择k个位姿，随机执行与待选位姿解集交换或者删除，根据测量位姿综合层次评价指标O_c判断是否执行交换或者删除；

S35：循环迭代，判断迭代次数是否满足迭代要求，退出循环，得到最优测量位姿P_t；

S4：利用机器人名义MD-H值，计算得到不同关节角参数对应的理论位姿P_r；

S5：实际测量位姿P_t与理论位姿P_r之差为机器人末端定位误差ΔX，根据已建立的机器人运动学几何误差模型，基于自适应临界值的抗差估计的方法进行辨识，迭代进行几何误差辨识，得到最终的几何参数误差ΔQ。

2.根据权利要求1所述的一种面向工业机器人的几何误差辨识方法，其特征在于所述步骤

S1包括如下步骤：

S11：根据机器人运动学MD-H模型，通过模型中的几何参数：关节转角θ_i、关节距离d_i、关节扭角α_i以及绕对应坐标系y轴的旋转角度β_i，得到机器人相邻关节的齐次变换矩阵：

其中S和C分别代表正弦函数sin和余弦函数cos，β_i表示绕对应坐标系y轴的旋转角度，i表示第i个关节；

S12：根据机器人MD-H参数和相邻坐标系之间的齐次变换矩阵，得到机器人末端与基坐标系的关系：

其中n、o、a、p四个分量分别表示机器人末端位姿中的法向矢量、方位矢量、接近矢量和位置矢量，下标x、y、z表示各个矢量在x、y、z轴上的投影分量；

S13：根据MD-H模型，将机器人连杆几何参数误差分别标记为：关节转角误差Δθ、关节扭角误差Δα、连杆长度误差Δa、关节距离误差Δd与旋转角误差Δβ，在几何参数误差的影响下，齐次变换矩阵新增加微分齐次摄动矩阵

其中，表示机器人第i个关节相对于第i-1个关节的其次变换矩阵；

S14：考虑机器人每一个关节的几何参数误差，机器人末端位姿表示为：

其中，N表示关节数，表示机器人基座标到机器人末端坐标系的变换矩阵，为的微分，表示齐次变量矩阵的误差；

S15：考虑机器人基坐标系和测量坐标系之间的误差，得到机器人几何误差辨识模型：

ΔX＝A·ΔQ

其中ΔX为末端定位误差，即S14中的A为描述参数误差与定位误差相互关系的系数矩阵，ΔQ为参数误差。