[發(fā)明專利]一種用于工業(yè)機器人的誤差補償方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201710811069.6
• 申請日: 2017-09-12
• 公開（公告）號: CN107704660B
• 公開（公告）日: 2021-01-19
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 吳廣磊;陳杰;王德倫;錢峰;蔡斯宸
• 申請（專利權(quán)）人: 大連理工大學
• 主分類號: G06F30/17
• 分類號: G06F30/17;G06F30/20;G06F119/14
• 代理公司: 大連理工大學專利中心 21200
• 代理人: 溫福雪;侯明遠

本發(fā)明公開了一種用于工業(yè)機器人的誤差補償方法，屬于工業(yè)機器人在機加工中的應(yīng)用技術(shù)領(lǐng)域，用于工業(yè)機器人的零件銑削加工、大型件的焊接等加工工藝中。本發(fā)明通過綜合考慮工業(yè)機器人在應(yīng)用過程中的自身重力、所受外力以及動態(tài)慣性力，在剛度模型的基礎(chǔ)上，根據(jù)機器人末端的彈性誤差，改變機器人關(guān)節(jié)的位移輸入量，使機器人末端的實際運動軌跡與所需的運動軌跡之間的誤差縮小到加工要求的范圍內(nèi)，使兩種軌跡無限趨近于重合。本發(fā)明的誤差補償方法可提高機械加工的精度和質(zhì)量，降低誤差補償?shù)某杀荆哂醒a償方法簡易的優(yōu)勢。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于工業(yè)機器人在機加工中的應(yīng)用技術(shù)領(lǐng)域，尤其是一種用于工業(yè)機器人的誤差補償方法。

背景技術(shù)

工業(yè)機器人作為自動化裝備，由于其本身較高的重復(fù)精度和操作穩(wěn)定性，已經(jīng)廣泛應(yīng)用于造船、汽車、航空等工業(yè)領(lǐng)域。在銑削、焊接等加工工藝過程中，往往通過預(yù)先設(shè)定機器人的運動軌跡以實現(xiàn)零件加工和焊縫融合等，但由于機器人本身的重力、慣性力以及所受負載的影響，機器人的末端將產(chǎn)生彈性誤差，即使得機器人的實際軌跡將偏離預(yù)定軌跡，降低加工質(zhì)量，因而機器人基于運動學的運動控制已不再適用于任務(wù)要求。

針對彈性變形引起的誤差，一種方法是通過標定實現(xiàn)誤差補償，但這種方法通常需要實驗測量造成時間和經(jīng)濟成本的增加。另外一種方法則是通過修正機器人本身控制系統(tǒng)來實現(xiàn)誤差補償，但由于機器人的控制系統(tǒng)及零部件為涉密產(chǎn)品，此類方法需要專業(yè)的機器人生產(chǎn)商來實現(xiàn)，對于一般用戶也難以實現(xiàn)。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是建立一種簡單高效、易操作、低成本的工業(yè)機器人誤差補償方法，以提高機械加工和產(chǎn)品質(zhì)量。

本發(fā)明的技術(shù)方案：

一種用于工業(yè)機器人的誤差補償方法，步驟如下：

(1)根據(jù)應(yīng)用要求，獲取機器人末端執(zhí)行器的預(yù)定要求軌跡的離散位置p；

(2)建立機器人的運動學參數(shù)化模型，包括運動學正逆解、雅可比(Jacobian)矩陣和海森(Hessian)矩陣；根據(jù)機器人的關(guān)節(jié)剛度，結(jié)合雅可比矩陣和保守剛度轉(zhuǎn)換理論，建立機器人受重力、慣性力和外力的剛度矩陣K；在運動學和剛度基礎(chǔ)上，建立機器人的動力學模型；

(3)根據(jù)機器人的動力學模型，計算機器人末端執(zhí)行器在預(yù)定軌跡上離散位置p所受合力f；

(4)利用剛度矩陣K的逆矩陣(柔順矩陣)K^-1，計算機器人末端執(zhí)行器在受合力f作用下，產(chǎn)生的位置誤差δt＝K^-1f；

(5)根據(jù)位置誤差δt，對預(yù)定要求軌跡的離散位置p進行修正，生成機器人在承受負載下的運動軌跡離散位置p_f＝p-δt；

(6)重新計算在新生成的運動軌跡離散位置p_f上的剛度矩陣K_f、所受合力f_f和位置誤差

(7)在新生成的運動軌跡離散位置p_f及位置誤差δt_f的基礎(chǔ)上，計算機器人在負載作用下，實際的運動軌跡的離散位置p_c＝p_f+δt_f；

(8)計算實際軌跡的離散位置p_c與預(yù)定要求軌跡的離散位置p之間的離散誤差δp＝||p_c-p||；

(9)判斷機器人的離散誤差δp與使用要求下可接受誤差ε的大小，若實際離散誤差δp不大于可接受誤差ε，即||p_c-p||≤ε，則將p_f作為機器人應(yīng)用過程中的實際運動控制軌跡，將此運動軌跡導入運動控制系統(tǒng)，解算機器人的關(guān)節(jié)輸入角位移；