[發明專利]一種基于六自由度串聯機械臂提高絕對定位精度的方法

有效

• 申請號: 202110415816.0
• 申請日: 2021-04-16
• 公開（公告）號: CN113134837B
• 公開（公告）日: 2022-05-06
• 發明（設計）人: 王進;方梓仰;李江;陸國棟;張海運
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: B25J9/16
• 分類號: B25J9/16;B25J9/22
• 代理公司: 杭州浙科專利事務所(普通合伙) 33213
• 代理人: 孫孟輝

本發明涉及自適應控制領域，具體涉及一種基于六自由度串聯機械臂提高絕對定位精度的方法，首先通過激光跟蹤儀獲取末端靶點信息和預處理進行機械臂與激光跟蹤儀之間的坐標轉換；然后運用李群李代數建立機械臂的指數積模型與序列二次規劃算法求全局最小值的方法相融合，對機械臂關節參數偏差所產生的末端幾何誤差進行補償；最后通過激光跟蹤儀獲取到的實際點位和指數積模型求解運動學逆解，用高斯過程回歸算法進行模型訓練，對非幾何運動誤差進行補償預測，將預測出的補償后的角度值輸入到示教器。本發明能夠更加精確的計算出機械臂的實際運動學模型參數，并減小末端點位誤差以實現提高機械臂絕對定位精度。

技術領域

本發明涉及自適應控制領域，具體涉及一種基于六自由度串聯機械臂提高絕對定位精度的方法。

技術背景

機械臂末端位置誤差補償問題由于其在多個學科領域，如數值計算、自適應控制、凸優化、智能夾取與裝配等，所具有的潛在應用前景和價值而吸引了越來越多的研究興趣。機械臂因為運動學模型參數不精確，裝配誤差，關節軸零位位置偏差等各種因素，造成機械臂末端名義點位與實際點位偏差過大，這給進一步的機械臂運動控制帶來了更多挑戰。因此，多種機械臂末端位置補償方法已經用于機械臂末端絕對定位精度提高中，例如激光跟蹤儀在線實時反饋系統、計算機視覺輔助系統、觸及信息反饋系統等。然而，諸多未知的、不確定的影響因素，包括電機齒輪的磨損、關節軸間隙誤差、結構不匹配、外部干擾和噪聲等，通常都存在于非線性的誤差源中。這些不確定性會導致僅僅通過幾何誤差補償無法進一步提高精度，影響并限制機械臂進行高精度作業任務。因此，機械臂末端絕對定位精度提高即末端位置誤差補償問題被強烈激發出來。如何通過激光跟蹤儀進行機械臂運動學參數標定和非幾何誤差補償，進一步提高機械臂絕對定位精度，對于實際的復雜工程應用和高端技術研發具有很大意義。

發明內容

為了解決現有技術中存在的上述提到的技術問題，本發明對機械臂末端絕對定位精度較低情況，設計了一種基于六自由度串聯機械臂提高絕對定位精度的方法，該方法在參數辨識中將關節軸零位偏差放入非幾何誤差補償部分，可以降低參數辨識的維度，同時把剩余的末端點位誤差映射到關節角度進行補償，進一步提高機械臂末端絕對定位精度，其具體技術方案如下：

一種基于六自由度串聯機械臂提高絕對定位精度的方法，包括如下步驟：

S1.首先構建機械臂與激光跟蹤儀坐標轉換矩陣：通過激光跟蹤儀獲取末端靶點信息和預處理進行機械臂與激光跟蹤儀之間的坐標轉換；

S2.設計機械臂運動學參數辨識方法：運用李群李代數建立機械臂的指數積模型與序列二次規劃算法求全局最小值的方法相融合，對機械臂關節參數偏差所產生的末端幾何誤差進行補償；

S3.設計高斯過程回歸模型并訓練得到補償角度：通過激光跟蹤儀獲取到的實際點位和指數積模型求解運動學逆解，對非幾何運動誤差進行補償，獲取到示教器的角度值和運動學逆解求出的角度值，用高斯過程回歸算法進行模型訓練，使得模型通過輸入目標角度，得到補償后的角度值，最后將預測出的補償后的角度值輸入到示教器。

進一步的，所述步驟S1具體包括：

機械臂末端標定及將激光跟蹤儀坐標系下測得坐標，轉換為機械臂坐標系下坐標，通過轉動機械臂的1軸和5軸提前計算出1軸和5軸的實際桿長，設計坐標系轉換表達式為：

p₀+p₁·x+p₂·y+z＝0 (1)