[發(fā)明專利]一種引入彈性變形的機械臂標定方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201911289133.4
• 申請日: 2019-12-13
• 公開（公告）號: CN112959354B
• 公開（公告）日: 2022-03-15
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 潘新安;王洪光;姜勇;胡明偉;王爭;宋屹峰
• 申請（專利權(quán)）人: 中國科學(xué)院沈陽自動化研究所
• 主分類號: B25J19/00
• 分類號: B25J19/00;B25J9/16
• 代理公司: 沈陽科苑專利商標代理有限公司 21002
• 代理人: 汪海

本發(fā)明涉及機器人標定技術(shù)領(lǐng)域，具體地說是一種引入彈性變形的機械臂標定方法，具體包括：步驟一：將機械臂本體拆分為連桿模塊和關(guān)節(jié)模塊，并分別建立各模塊的剛度模型；步驟二：將步驟一中各個模塊的剛度模型串聯(lián)獲得整機剛度模型；步驟三：建立機械臂的幾何參數(shù)誤差模型；步驟四：將步驟二中獲得的整機剛度模型引入步驟三中的幾何參數(shù)誤差模型中，得到綜合誤差方程；步驟五：將標定實驗數(shù)據(jù)代入步驟四中的綜合誤差方程中求解，獲得機械臂的幾何參數(shù)誤差。本發(fā)明將機械臂的彈性變形引入到機械臂的誤差模型中，提供了一種更加精度更高的機械臂標定方法。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及機器人標定技術(shù)領(lǐng)域，具體地說是一種引入彈性變形的機械臂標定方法。

背景技術(shù)

機械臂的誤差標定是提高機械臂定位精度的有效手段，但目前的標定誤差模型大多都僅考慮機械臂的幾何參數(shù)誤差(主要包括零部件的加工制造誤差、裝配誤差等)，而實際上，造成機械臂末端誤差的因素除了幾何參數(shù)誤差外，還包括機械臂本體彈性變形等因素，所有這些因素相互作用的綜合結(jié)果才是機械臂末端的誤差。而現(xiàn)有技術(shù)中的標定方法基本上都相當于把所有誤差因素引起的末端誤差僅看作是由幾何參數(shù)引起的，并通過一定的數(shù)值計算得到一個最小二乘解，這必然會使標定結(jié)果存在誤差，尤其是被標定機械臂為柔性較大的類型時，其標定結(jié)果的誤差更大。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種引入彈性變形的機械臂標定方法，將機械臂的彈性變形引入到機械臂的誤差模型中，提供了一種更加精度更高的機械臂標定方法。

本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案來實現(xiàn)的：

一種引入彈性變形的機械臂標定方法，具體包括如下步驟：

步驟一：將機械臂本體拆分為連桿模塊和關(guān)節(jié)模塊，并分別建立各模塊的剛度模型；

步驟二：將步驟一中各個模塊的剛度模型串聯(lián)獲得整機剛度模型；

步驟三：建立機械臂的幾何參數(shù)誤差模型；

步驟四：將步驟二中獲得的整機剛度模型引入步驟三中的幾何參數(shù)誤差模型中，得到綜合誤差方程；

步驟五：將標定實驗數(shù)據(jù)代入步驟四中的綜合誤差方程中求解，獲得機械臂的幾何參數(shù)誤差。

步驟一中，關(guān)節(jié)模塊的剛度包括電機扭轉(zhuǎn)剛度、減速器扭轉(zhuǎn)剛度、測力傳感器扭轉(zhuǎn)剛度、軸承剛度和結(jié)構(gòu)件剛度；

其中電機扭轉(zhuǎn)剛度為：

減速器扭轉(zhuǎn)剛度k_G、力傳感器扭轉(zhuǎn)剛度k_T、軸承剛度k_B均由生產(chǎn)廠商給出；

結(jié)構(gòu)件剛度k_S通過有限元分析方法提取；

連桿模塊的剛度k_L通過有限元分析方法提取。

步驟二中，先求得各個模塊的柔度矩陣，然后依次對所有模塊的柔度矩陣進行變換，并合并到一個矩陣中且重新排序后，得到所有模塊的柔度相對于末端坐標系的表達為：

ⁿC_JL＝[ⁿC_J1，ⁿC_L1，ⁿC_J2，ⁿC_L2，…，ⁿC_Ji，ⁿC_Li] (12)；

由于機械臂各環(huán)節(jié)依次串聯(lián)，得到機械臂的總剛度矩陣為：

步驟二中，各模塊獲得柔度矩陣及進行變換過程如下：