[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

本發明公開了一種五自由度混聯機器人直接誤差補償技術：建立坐標系統；并聯機構位姿誤差檢測及預估；串聯轉頭位姿誤差檢測及預估；混聯機器人位姿誤差預估及補償；檢測混聯機器人在工作空間內的位姿誤差，直至精度滿足需求。本發明結合了串聯機器人工作空間大和并聯機器人加速度大、剛度高的特點，以高速高精加工為目標，在大尺度非結構環境下的加工制造領域具有廣泛的應用前景，適用于機器人誤差補償。

技術領域

本發明涉及制造裝備的誤差補償技術，尤其涉及一種五自由度混聯機器人直接誤差補償技術，屬于機器人領域。

背景技術

由三自由度并聯機構與兩自由度串聯轉頭搭建而成的五自由度混聯機器人是一種新型五軸聯動加工裝備，其結合了串聯機器人工作空間大和并聯機器人加速度大、剛度高的特點，以高速高精加工為目標，在大尺度非結構環境下的加工制造領域具有廣泛的應用前景。如Tricept、Exechon等五自由度混聯機器人已在航空航天、汽車制造等領域開展了初步應用，并取得了良好效果。

精度是該類五自由度混聯機器人的重要性能指標。在具備良好基礎制造精度的前提下，誤差補償是進一步提高該類裝備精度的有效手段。通常情況下，誤差補償分為以下四個步驟：誤差建模、誤差檢測、誤差辨識和補償實施。以往在精度要求不高的場合，上述方法尚可滿足工程需求，然而隨著對該類裝備精度要求的逐步提升，上述傳統補償方法已無法使裝備達到所需精度。主要原因在于：第一，該類五自由度混聯機器人關節數目較多，每一關節存在六項誤差源，關節兩兩之間又存在多項結構誤差，故誤差源數量眾多，若考慮全部幾何誤差源，則模型過于復雜且會導致模型過度參數化，影響辨識精度，若只考慮部分幾何誤差源，則無法精確描述裝備的誤差特性；第二，前述誤差模型僅可考慮裝備的幾何誤差，然而誤差檢測環節得到的末端位姿誤差測量值不僅含有幾何誤差源的影響，而且包含重力場引起的靜變形誤差、溫度場變化引起的熱變形誤差等，忽略此類誤差將導致誤差辨識結果偏離真值，從而無法準確預估混聯機器人在任一位姿處的誤差補償值；第三，現有誤差補償技術步驟繁瑣，且誤差累積現象嚴重，制約補償精度的提高，如未建模誤差導致模型無法精確描述真實機構、測量環節引入測量噪聲、誤差辨識環節中采用數據擬合技術帶來的計算誤差等。

發明內容

本發明的目的是為了克服現有技術中的不足，提供一種高精度、高效率、便于工業現場應用的、可直接基于誤差檢測數據完成誤差補償的五自由度混聯機器人直接誤差補償技術。

本發明的目的是通過以下技術方案實現的。

本發明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，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：