[发明专利]基于等效运动链的并联机器人运动学标定方法

说明书

本发明涉及机器人标定技术领域。技术方案是：基于等效运动链的并联机器人运动学标定方法，按以下步骤进行：步骤一：根据并联机器人的自由度，运用Grassmann‑Cayley代数构建并联机器人的等效虚拟串联运动支链；步骤二：确定机器人等效虚拟串联运动支链的位姿矩阵，并将其中的运动螺旋从全局坐标系转换到局部坐标系下进行运动学描述；步骤三：对位姿矩阵进行全微分计算以确定机器人的误差矩阵；步骤四：对机器人的末端位姿进行误差测量；步骤五：运用最小二乘法对并联机器人的误差参数进行参数辨识；步骤六：根据辨识出的误差参数，重新确定并联机器人的驱动输入量，并进行误差补偿。该方法操作简单，并联机器人输出位姿精度较高。

技术领域

本发明涉及机器人标定技术领域，具体是一种基于等效运动链的并联机器人运动学标定方法。

背景技术

并联机器人为多闭环机构，通过驱动多条分支实现机器人末端的位姿变化。根据结构特征，其具有高速、高刚度、承载能力强等优点，已广泛应用于航空航天及制造业等领域。

在制造和装配并联机器人的过程中，必然会产生误差，如机器人零件加工误差、机器人装配误差等，这会使得最终的并联机器人输出末端存在位姿偏差，从而降低了机器人的精度。为保障并联机器人的精度，常用的技术手段有两种，分别是提高机器人零件的精度设计及对装配后的机器人采用运动学标定技术进行误差补偿。虽然通过提高机器人零件的精度可降低机器人的输出误差，但该方法成本较高且不易推广。运动学标定方法则是在并联机器人完成装配后，通过对机器人整体进行误差建模、误差测量、参数辨识和误差补偿对其进行运动学的输入修正，从而提高并联机器人的输出位姿精度，该操作优于提高机器人零件精度的方法。

误差建模是运动学标定的基础，目前主要采用D-H参数法、螺旋理论法、指数积法等对机器人进行误差建模。上述方法均需建立机器人的运动学正解模型，而对于并联机器人较难得到其正解的符号表达式。虽然有其他间接方法可确定并联机器人的误差模型，但依旧存在缺乏一般性或被动关节运动难消除等问题。因此，提出新的误差方法，并在此基础上形成一整套适用于任何并联机器人的运动学标定方法是十分必要的。

发明内容

本发明的目的是针对上述背景技术中的不足，提出一种基于等效运动链的并联机器人运动学标定方法，该方法具有操作简单、并联机器人输出位姿精度较高的特点。

本发明提供的技术方案是：

基于等效运动链的并联机器人运动学标定方法，按以下步骤进行：

步骤一：根据并联机器人的自由度，运用Grassmann-Cayley代数构建并联机器人的等效虚拟串联运动支链；

步骤二：确定机器人等效虚拟串联运动支链的位姿矩阵，并将其中的运动螺旋从全局坐标系转换到局部坐标系下进行运动学描述；

步骤三：对位姿矩阵进行全微分计算以确定机器人的误差矩阵；

步骤四：对机器人的末端位姿进行误差测量；

步骤五：运用最小二乘法对并联机器人的误差参数进行参数辨识；

步骤六：根据辨识出的误差参数，重新确定并联机器人的驱动输入量，并进行误差补偿。

步骤一中，n自由度并联机器人的等效虚拟串联运动支链末端子空间确定为：

其中，L_{new_j}表示并联机器人等效虚拟串联运动支链中第j个extensor。

步骤二中，等效虚拟串联运动支链的位姿矩阵为：

其中q_j表示第j个关节上的驱动变量。

步骤二中，运动螺旋转换到局部坐标系下进行描述为：