[發明專利]一種Stewart型并聯機器人運動學標定方法

有效

• 申請號: 201810926766.0
• 申請日: 2018-08-14
• 公開（公告）號: CN110815206B
• 公開（公告）日: 2022-11-29
• 發明（設計）人: 隋春平
• 申請（專利權）人: 中國科學院沈陽自動化研究所
• 主分類號: B25J9/16
• 分類號: B25J9/16;B25J9/00
• 代理公司: 沈陽科苑專利商標代理有限公司 21002
• 代理人: 王倩

本發明涉及一種Stewart型并聯機器人運動學標定方法，通過坐標系建立規則實現模型簡化，得到最小化待辨識參數集，并進而得到并聯機器人的非線性運動學模型。通過任意固定測量設備和任意固定三個靶點，并且將機器人固定平臺相對測量坐標系的位姿和靶點相對機器人動平臺坐標系的位置等作為待辨識參數，實現測量過程的簡單易操作。將并聯機器人運動學模型與測量過程模型合并獲得整個標定系統的非線性辨識模型。將非線性方程組的求解問題轉化為非線性優化問題進行求解。本發明的Stewart型并聯機器人運動學標定方法實現了完整最小參數集建模，標定模型更加簡單，基于非線性優化的思路直接求解機器人真實參數，具有操作簡單，用戶接口友好，實用性強。

技術領域

本發明屬于先進制造與自動化技術領域，涉及一種機器人標定方法，具體地說是一種Stewart型并聯機器人運動學標定方法。

技術背景

并聯機器人作為一種多環閉鏈機構，具有高負載、高剛度、高速度等優點，在運動模擬、加工制造、高速裝配等領域得到較好的應用。尤其是在對精度和剛度要求較高的加工領域，并聯機構常常被用于構建并聯機床。并聯機構雖然工作空間較小，但是相較于串聯機構，并聯機構不存在關節誤差累積，精度相對較高。盡管如此，人們還是希望能夠進一步提高其精度，來滿足更精密的加工需求。根據并聯機構的結構特點，各分支與上、下平臺之間連接結點較為分散，且連接方式多為二自由度和三自由度的虎克鉸鏈或球鉸鏈，若要精確獲得用以標記結點位置的鉸鏈中心點還是存在一定困難的。另外，分支連桿的軸線與上下結點連線也不完全一致，有時偏差較大。這些因素都會對機器人作業精度產生一定影響。

Stewart型并聯機構作為一種經典的機器人機構形式，近年來得到了較為廣泛的應用，已經有相應的工業產品出現。與此同時，用于改善Stewart型并聯機器人的標定方法也被人們不斷提出并研究。通過辨識結點位置誤差并進行補償，來達到提高機器人精度的目的。傳統標定方法在對并聯機器人誤差建模時，往往沒有考慮誤差存在對建模的影響，通常沿用傳統運動學建模方法規定坐標系建立模型，進而通過對運動學模型進行微分運算獲得并聯機器人誤差模型。而且求解過程中需要反復迭代修正微分點，這也導致不僅標定過程復雜，且對精度及收斂性均由影響。另外，現有的方法往往忽略分支運動方向與結點連線的偏差。針對這一情況，結合實際需求，提出一種簡單實用的并聯機器人標定方法具有重要的實用價值。

發明內容

針對并聯機器人各分支與上、下平臺連接點位置不準確，及存在分支運動方向與結點連線的偏差，無法獲得準確運動學模型的問題，本發明要解決的技術問題是以Stewart型并聯機構為對象，提供一種簡單實用的并聯機器人標定方法。

為解決上述技術問題，本發明采用的技術方案是：

一種Stewart型并聯機器人運動學標定方法，包括以下步驟：

建立Stewart型并聯機器人坐標系；

確定待辨識的機器人參數，建立標定系統模型；

對標定系統模型求解，得到辨識的機器人參數，實現機器人運動學標定。

所述建立Stewart型并聯機器人坐標系包括以下步驟：

下平臺的固定坐標系O_A-X_AY_AZ_A按如下方法建立：取下平臺的6個分支連接點中的三個點A₁、A₂、A₃，令O_AX_AY_A平面與三點所構成的平面重合，Z_A軸垂直該平面，方向向上；然后取X_A軸過三點中任意兩點間線段的中點；坐標原點的位置使A₁點與原點的距離等于A_i分布圓周半徑名義值R_A；