[發(fā)明專利]一種基于PMPSD的工業(yè)機(jī)器人絕對(duì)精度校準(zhǔn)方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201611137434.1
• 申請(qǐng)日: 2016-12-09
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN106777656B
• 公開(kāi)（公告）日: 2020-04-14
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 白瑞林;李松洋
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 江南大學(xué)
• 主分類號(hào): G06F30/17
• 分類號(hào): G06F30/17;G06F30/20
• 代理公司: 暫無(wú)信息
• 代理人: 暫無(wú)信息

本發(fā)明公開(kāi)了一種基于PMPSD的工業(yè)機(jī)器人絕對(duì)精度校準(zhǔn)方法，其特征是：建立機(jī)器人誤差運(yùn)動(dòng)學(xué)模型，構(gòu)建空間多點(diǎn)虛擬約束，使用PSD(Position Sensitive Detector)裝置進(jìn)行數(shù)據(jù)采樣；利用空間矢量關(guān)系修正機(jī)器人末端激光器的位姿，并利用修正后的位姿對(duì)機(jī)器人關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)角進(jìn)行修正，以取代從機(jī)器人示教器或從控制器得到的關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)角；構(gòu)建模型約束目標(biāo)函數(shù)，并利用最小化方法對(duì)約束目標(biāo)函數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，得到工業(yè)機(jī)器人的參數(shù)誤差。最后利用參數(shù)誤差對(duì)幾何參數(shù)名義值進(jìn)行修正，完成工業(yè)機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)學(xué)標(biāo)定，實(shí)現(xiàn)機(jī)器人的絕對(duì)精度校準(zhǔn)。本發(fā)明提供的基于PMPSD的工業(yè)機(jī)器人絕對(duì)精度校準(zhǔn)方法，避免了采用PSD反饋控制的策略及坐標(biāo)變換帶來(lái)的誤差問(wèn)題，適用于串聯(lián)關(guān)節(jié)型及平面關(guān)節(jié)型機(jī)器人。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及機(jī)器人標(biāo)定技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種基于PMPSD(Pose ModifyPosition Sensitive Detector)的工業(yè)機(jī)器人絕對(duì)精度校準(zhǔn)方法。

背景技術(shù)

隨著工業(yè)機(jī)器人應(yīng)用領(lǐng)域的擴(kuò)大和高端制造產(chǎn)業(yè)的需求，對(duì)工業(yè)機(jī)器人的性能提出了更高的要求。定位精度是反映機(jī)器人綜合性能的一個(gè)重要指標(biāo)，可以分為重復(fù)定位精度和絕對(duì)定位精度。目前工業(yè)機(jī)器人的重復(fù)定位精度比較高，而其絕對(duì)定位精度較低，難以滿足高精度行業(yè)(如汽車制造業(yè)、電子電氣行業(yè))的生產(chǎn)需求。

工業(yè)機(jī)器人的定位誤差主要分為幾何誤差和非幾何誤差，其中幾何誤差成為影響工業(yè)機(jī)器人定位誤差的主要因素。因此，需要利用標(biāo)定技術(shù)對(duì)其進(jìn)行運(yùn)動(dòng)學(xué)標(biāo)定，辨識(shí)出機(jī)器人的幾何參數(shù)誤差，并對(duì)幾何參數(shù)名義值進(jìn)行修正，從而對(duì)機(jī)器人的絕對(duì)定位精度進(jìn)行校準(zhǔn)。

目前，標(biāo)定方法可以分為：基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)補(bǔ)償法、基于插補(bǔ)思想補(bǔ)償法、微分誤差補(bǔ)償法、關(guān)節(jié)空間補(bǔ)償法。按照建模方式補(bǔ)償又可分為有機(jī)理建模和實(shí)驗(yàn)建模兩大類。微分誤差補(bǔ)償法和關(guān)節(jié)空間補(bǔ)償法是按照機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)學(xué)規(guī)律補(bǔ)償?shù)囊环N方式，屬于有機(jī)理建模。而神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)補(bǔ)償法和插補(bǔ)思想補(bǔ)償法是研究機(jī)器人對(duì)象，并估算其輸入與輸出的建模方法，屬于實(shí)驗(yàn)建模。

上述研究多為基于高精度測(cè)量設(shè)備的條件下，對(duì)工業(yè)機(jī)器人末端位姿進(jìn)行測(cè)量，如：激光跟蹤儀、三坐標(biāo)測(cè)量?jī)x、機(jī)器人關(guān)節(jié)臂、拉線式機(jī)器人測(cè)量和性能分析系統(tǒng)等。而這些設(shè)備昂貴，使用時(shí)需要耗費(fèi)大量的時(shí)間進(jìn)行測(cè)量系統(tǒng)與機(jī)器人基坐標(biāo)系之間的坐標(biāo)變換，對(duì)操作人員的水平依賴高，主要適合于實(shí)驗(yàn)室場(chǎng)景下研究。

針對(duì)設(shè)備昂貴、操作復(fù)雜等問(wèn)題，在機(jī)器人末端施加約束而形成運(yùn)動(dòng)學(xué)閉合鏈的方法被提出來(lái)。該方法避開(kāi)了昂貴的設(shè)備，并且不需要耗費(fèi)時(shí)間建立測(cè)量設(shè)備與機(jī)器人基坐標(biāo)之間的轉(zhuǎn)換關(guān)系，同樣避免了坐標(biāo)轉(zhuǎn)換誤差。提出了采用一種基于PSD(PositionSensitive Detector)的標(biāo)定方法，在工業(yè)機(jī)器人末端安裝激光器，并投射激光束于PSD中心，以構(gòu)成空間點(diǎn)約束形成閉合運(yùn)動(dòng)鏈的方法，通過(guò)構(gòu)建約束目標(biāo)函數(shù)，利用最小化方法辨識(shí)出工業(yè)機(jī)器人的幾何參數(shù)誤差。但是該方法存在的問(wèn)題是，對(duì)于精度低的工業(yè)機(jī)器人很難通過(guò)反饋控制，將激光束準(zhǔn)確地投射到PSD中心，因此不能準(zhǔn)確地采用點(diǎn)約束方法構(gòu)建正確的約束目標(biāo)函數(shù)，進(jìn)而不能準(zhǔn)確地辨識(shí)出工業(yè)機(jī)器人的幾何參數(shù)誤差。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明目的是針對(duì)工業(yè)機(jī)器人絕對(duì)定位精度低，提出一種基于PMPSD的工業(yè)機(jī)器人絕對(duì)精度校準(zhǔn)方法。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明通過(guò)如下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：

第一步：建立機(jī)器人誤差運(yùn)動(dòng)學(xué)模型；

第二步：建立空間多點(diǎn)虛擬約束，使用PSD裝置進(jìn)行數(shù)據(jù)采樣；

第三步：利用空間矢量關(guān)系修正機(jī)器人末端激光器的位姿，并利用修正后的位姿對(duì)機(jī)器人關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)角進(jìn)行修正，以取代從機(jī)器人示教器或從控制器得到的關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)角；

第四步：構(gòu)建模型約束目標(biāo)函數(shù)；

第五步：利用最小化方法對(duì)約束目標(biāo)函數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，得到工業(yè)機(jī)器人的參數(shù)誤差；