[发明专利]一种五自由度混联机器人直接误差补偿技术

摘要

本发明公开了一种五自由度混联机器人直接误差补偿技术：建立坐标系统；并联机构位姿误差检测及预估；串联转头位姿误差检测及预估；混联机器人位姿误差预估及补偿；检测混联机器人在工作空间内的位姿误差，直至精度满足需求。本发明结合了串联机器人工作空间大和并联机器人加速度大、刚度高的特点，以高速高精加工为目标，在大尺度非结构环境下的加工制造领域具有广泛的应用前景，适用于机器人误差补偿。

主权项

1.一种五自由度混联机器人直接误差补偿技术，其特征在于，包括以下步骤：(1)建立坐标系统；(2)并联机构位姿误差检测及预估：在并联机构的动平台上选取参考点，将并联机构工作空间划分为空间网格，所有网格依顺序编号为1,2,…,i_并,…,N_并，第i_并个网格的所有节点分别记为其中m_并为每个网格的节点数目；保持串联转头不动，控制并联机构的动平台的参考点运动至各个网格节点处，测量并记录各节点处的动平台位姿误差，记第i_并个网格的第j_并个节点处的动平台位姿误差向量为其中为第i_并个网格的第j_并个节点处的动平台的参考点位置误差向量，为第i_并个网格的第j_并个节点处的动平台姿态误差向量；当并联机构运动至其工作空间内任一位姿处时，寻找并确定当前并联机构的动平台的参考点所在的网格单元，提取该网格单元所有节点处的动平台位姿误差测量值，依据参考点在上述网格中的相对空间位置，采用插值运算手段计算并预估当前位姿处动平台的位姿误差为：Δ并＝Int(X并,P并,Ω并)其中，Δ并表示当前位姿处动平台的位姿误差向量，Int(·)表示插值函数，X并表示动平台位姿向量，P并表示网格所有节点的空间位置坐标的集合，Ω并表示网格所有节点处动平台位姿误差向量的集合；(3)串联转头位姿误差检测及预估：将串联转头的第一回转轴和第二回转轴的回转范围分别划分为角度区间；保持并联机构不动，分别控制串联转头的第一回转轴和第二回转轴做回转运动，检测并记录第一回转轴、第二回转轴各自的回转构件运动至上述角度区间端点处时的位姿误差；当串联转头的第一回转轴、第二回转轴分别运动至角度θ串,1、角度θ串,2时，寻找并确定该转轴包含上述角度值的最小区间单元，提取区间两个端点处回转构件的位姿误差测量值，采用插值运算手段计算并预估当前角度下第一回转轴、第二回转轴各自的回转构件的位姿误差：Δ串,i＝Int(θ串,i,P串,i,Δ串，,i)，i＝1,2其中，Δ串,i表示第i回转轴的回转构件位姿误差向量，Int(·)表示插值函数，θ串,i表示第i回转轴转角值，P串,i表示第i回转轴角度区间端点值构成的集合，Δ串，,i表示第i回转轴角度区间端点处其回转构件位姿误差向量集合；检测并拟合串联转头各回转轴回转轴线的空间方位，并计算第一回转轴、第二回转轴及并联机构的动平台三者间的结构误差，所有结构误差构成误差向量Δ结构；综合考虑两个回转轴线的运动误差及结构误差，预估刀具相对于动平台的位姿误差：其中，Δ串表示刀具相对于动平台的位姿误差向量，A表示串联转头误差映射矩阵(4)混联机器人位姿误差预估及补偿：当混联机器人运动至空间任一位姿时，利用上述并联机构位姿误差和串联转头位姿误差的预估结果，计算得到当前位姿下的机器人位姿误差，将该位姿误差取相反数后与理想位姿叠加，并据此利用运动学逆解求得各主动关节运动量，作为运动控制的实际输入变量，具体计算公式如下：p＝p0‑J(Δ并+Δ串)q＝f‑1(p,s)其中，p0表示理想情况下刀尖点位置信息与刀具姿态信息构成的位姿向量，J表示用于将位姿误差变换至全局坐标系的误差变换矩阵，p表示用于求解运动控制实际输入变量的机器人末端位姿向量，f‑1(·)表示混联机器人运动学逆解，s表示混联机器人结构参数向量，q表示用于误差补偿的运动控制的实际输入变量构成的向量；(5)检测混联机器人在工作空间内的位姿误差，若其不满足混联机器人精度需求，重复上述步骤(1)至步骤(4)，直至精度满足需求。