[发明专利]一种工业机器人平面精度标定方法

摘要

本发明提出一种工业机器人精度标定方法，建立机器人末端的相对位置误差模型，由标定点计算运动学误差，进而进行补偿，完成机器人运动学参数标定。本发明通过降低相对位置误差提高工业机器人的平面精度，满足机器人生产任务对精度的要求，该方法操作便捷，成本较低，并且能够有效提高机器人精度，适用于大多数串联型工业机器人。

主权项

1.一种工业机器人平面精度标定方法，其特征是包括以下步骤：1)建立机器人运动学模型：机器人使用改进的DH法建立模型，模型中包含四个运动学参数：连杆长度a_i‑1、连杆转角α_i‑1、关节偏置d_i和关节转角θ_i，机器人的单个连杆变换矩阵描述为：A_i＝Rot(x,α_i‑1)Trans(x,a_i‑1)Rot(z,θ_i)Trans(z,d_i)机器人末端连杆坐标系相对于基坐标系的变换矩阵为：其中N表示机器人自由度的个数，R_N为3×3的旋转矩阵，P_N为3×1的偏移矩阵；2)建立相对位置误差模型：将相邻两连杆之间的连杆误差微分变化矩阵dA_i看做是四个运动学误差参数δa_i‑1 δα_i‑1 δd_i δθ_i的线性函数，根据高数原理当误差足够小时忽略函数的高阶项：机器人末端连杆坐标系相对于基座标系的连杆误差微分矩阵为：机器人的末端位置误差描述为：其中，B_di、B_ai‑1和B_αi‑1依此类推，ⁱT_N(1,4)表示ⁱT_N矩阵第一行第四列的元素将机器人的末端位置误差dP_t写成如下形式：dP_t＝[Mθ]δθ+[Md]δd+[Ma]δa+[Mα]δα机器人实际法兰末端坐标位置表示为P_t^c＝P_t+dP_t；那么在机器人工作空间内任意两点之间的相对位置误差为实际相对位置与名义相对位置之差：推导出机器人的相对位置关系误差模型为：dP_t1‑dP_t2＝[Mθ¹‑Mθ²]δθ+[Md¹‑Md²]δd+[Ma¹‑Ma²]δa+[Mα¹‑Mα²]δα3)选取合适的标定点：在机器人工作空间内选择一个机器人工作平面作为标定平面，在标定平面内选取一组标定点，标定点均匀地分布在标定平面内，且标定点个数大于机器人运动学误差参数的个数；4)采集标定所需的数据：让机器人的末端沿着每个标定点依次移动，保持机器人末端姿态不变，记录下每个标定点处机器人的关节角度，同时，使用距离测量设备记录机器人末端在笛卡尔坐标系下的各个标定点的坐标值；5)计算运动学误差参数：机器人运动学参数的初始值使用名义DH参数值，同时将机器人关节角度和采集到的机器人末端坐标值代入机器人相对位置关系误差模型中，通过最小二乘法获得机器人运动学误差参数δa δα δd δθ的值；6)更新机器人运动学参数：由得到的机器人运动学误差参数值更新机器人的DH参数值，重新计算机器人运动学误差模型，反复迭代直到相对位置均方根误差满足设定值；7)机器人运动学参数补偿：将最终辨识出的运动学参数误差补偿到机器人的控制器中，完成机器人运动学参数标定。