[發明專利]一種五自由度混聯機器人直接誤差補償技術

有效

• 申請號: 201610938701.9
• 申請日: 2016-10-25
• 公開（公告）號: CN106625573B
• 公開（公告）日: 2018-11-13
• 發明（設計）人: 田文杰;尹福文;劉祺;丁雅斌;劉海濤;黃田;肖聚亮;秦旭達;梅江平
• 申請（專利權）人: 天津大學
• 主分類號: B25J9/00
• 分類號: B25J9/00;B25J9/16
• 代理公司: 天津市北洋有限責任專利代理事務所 12201
• 代理人: 吳學穎

1.一種五自由度混聯機器人直接誤差補償技術，其特征在于，包括以下步驟：

(1)建立坐標系統；

(2)并聯機構位姿誤差檢測及預估：

在并聯機構的動平臺上選取參考點，將并聯機構工作空間劃分為空間網格，所有網格依順序編號為1,2,…,i_并,…,N_并，第i_并個網格的所有節點分別記為其中m_并為每個網格的節點數目；

保持串聯轉頭不動，控制并聯機構的動平臺的參考點運動至各個網格節點處，測量并記錄各節點處的動平臺位姿誤差，記第i_并個網格的第j_并個節點處的動平臺位姿誤差向量為其中為第i_并個網格的第j_并個節點處的動平臺的參考點位置誤差向量，為第i_并個網格的第j_并個節點處的動平臺姿態誤差向量；

當并聯機構運動至其工作空間內任一位姿處時，尋找并確定當前并聯機構的動平臺的參考點所在的網格單元，提取該網格單元所有節點處的動平臺位姿誤差測量值，依據參考點在上述網格中的相對空間位置，采用插值運算手段計算并預估當前位姿處動平臺的位姿誤差為：

Δ_并＝Int(X_并,P_并,Ω_并)

其中，Δ_并表示當前位姿處動平臺的位姿誤差向量，Int(·)表示插值函數，X_并表示動平臺位姿向量，P_并表示網格所有節點的空間位置坐標的集合，Ω_并表示網格所有節點處動平臺位姿誤差向量的集合；

(3)串聯轉頭位姿誤差檢測及預估：

將串聯轉頭的第一回轉軸和第二回轉軸的回轉范圍分別劃分為角度區間；

保持并聯機構不動，分別控制串聯轉頭的第一回轉軸和第二回轉軸做回轉運動，檢測并記錄第一回轉軸、第二回轉軸各自的回轉構件運動至上述角度區間端點處時的位姿誤差；

當串聯轉頭的第一回轉軸、第二回轉軸分別運動至角度θ_串,1、角度θ_串,2時，尋找并確定該轉軸包含上述角度值的最小區間單元，提取區間兩個端點處回轉構件的位姿誤差測量值，采用插值運算手段計算并預估當前角度下第一回轉軸、第二回轉軸各自的回轉構件的位姿誤差：

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回轉軸的回轉構件位姿誤差向量，Int(·)表示插值函數，θ_串,i表示第i回轉軸轉角值，P_串,i表示第i回轉軸角度區間端點值構成的集合，Δ_串，,i表示第i回轉軸角度區間端點處其回轉構件位姿誤差向量集合；

檢測并擬合串聯轉頭各回轉軸回轉軸線的空間方位，并計算第一回轉軸、第二回轉軸及并聯機構的動平臺三者間的結構誤差，所有結構誤差構成誤差向量Δ_結構；

綜合考慮兩個回轉軸線的運動誤差及結構誤差，預估刀具相對于動平臺的位姿誤差：

其中，Δ_串表示刀具相對于動平臺的位姿誤差向量，A表示串聯轉頭誤差映射矩陣

(4)混聯機器人位姿誤差預估及補償：當混聯機器人運動至空間任一位姿時，利用上述并聯機構位姿誤差和串聯轉頭位姿誤差的預估結果，計算得到當前位姿下的機器人位姿誤差，將該位姿誤差取相反數后與理想位姿疊加，并據此利用運動學逆解求得各主動關節運動量，作為運動控制的實際輸入變量，具體計算公式如下：

p＝p₀-J(Δ_并+Δ_串)

q＝f^-1(p,s)

其中，p₀表示理想情況下刀尖點位置信息與刀具姿態信息構成的位姿向量，J表示用于將位姿誤差變換至全局坐標系的誤差變換矩陣，p表示用于求解運動控制實際輸入變量的機器人末端位姿向量，f^-1(·)表示混聯機器人運動學逆解，s表示混聯機器人結構參數向量，q表示用于誤差補償的運動控制的實際輸入變量構成的向量；

(5)檢測混聯機器人在工作空間內的位姿誤差，若其不滿足混聯機器人精度需求，重復上述步驟(1)至步驟(4)，直至精度滿足需求。

2.根據權利要求1所述的一種五自由度混聯機器人直接誤差補償技術，其特征在于，所述步驟(1)中坐標系統包括激光跟蹤儀測量坐標系和工件坐標系，所述工件坐標系作為統一基準坐標系。