[發(fā)明專利]一種機(jī)器人路徑精度補(bǔ)償方法及系統(tǒng)

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202110874822.2
• 申請(qǐng)日: 2021-07-30
• 公開（公告）號(hào): CN113547522B
• 公開（公告）日: 2022-09-23
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 國凱;盧遠(yuǎn);孫杰
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 山東大學(xué)
• 主分類號(hào): B25J9/16
• 分類號(hào): B25J9/16;B25J9/04
• 代理公司: 濟(jì)南圣達(dá)知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 37221
• 代理人: 武博

本發(fā)明公開了一種機(jī)器人路徑精度補(bǔ)償方法及系統(tǒng)，其技術(shù)方案為：獲取機(jī)器人受外力信息，根據(jù)關(guān)節(jié)剛度信息和受外力信息計(jì)算機(jī)器人末端變形量，得到力補(bǔ)償量；獲取機(jī)器人末端實(shí)際位置，結(jié)合機(jī)器人末端理論軌跡計(jì)算軌跡修正量，得到位置閉環(huán)控制補(bǔ)償量；將力補(bǔ)償與位置閉環(huán)控制補(bǔ)償相結(jié)合，得到末端路徑精度補(bǔ)償方案，控制機(jī)器人完成末端精度補(bǔ)償。本發(fā)明通過計(jì)算出機(jī)器人在受外部擾動(dòng)時(shí)將要發(fā)生的軌跡偏移量，并提前控制機(jī)器人補(bǔ)償相應(yīng)偏移，彌補(bǔ)位置閉環(huán)控制補(bǔ)償對(duì)外部負(fù)載擾動(dòng)的滯后性；同時(shí)，位置閉環(huán)控制補(bǔ)償可以對(duì)機(jī)器人內(nèi)部因素導(dǎo)致的位置誤差進(jìn)行補(bǔ)償。本發(fā)明將位置閉環(huán)控制與力補(bǔ)償相結(jié)合，提高機(jī)器人的末端位置精度。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及機(jī)器人領(lǐng)域，尤其涉及一種機(jī)器人路徑精度補(bǔ)償方法及系統(tǒng)。

背景技術(shù)

工業(yè)機(jī)器人具有較大的工作空間和自由度，可在末端擴(kuò)展不同的執(zhí)行器來實(shí)現(xiàn)不同的生產(chǎn)任務(wù)。目前，機(jī)器人大多應(yīng)用于搬運(yùn)、焊接、碼垛等生產(chǎn)任務(wù)中。隨著高精度制造領(lǐng)域生產(chǎn)需求的提升，近年來機(jī)器人也逐漸應(yīng)用于加工過程。然而，工業(yè)機(jī)器人為串聯(lián)多鏈?zhǔn)浇Y(jié)構(gòu)，關(guān)節(jié)剛度較低，作用在機(jī)器人末端的力或扭矩會(huì)導(dǎo)致較大的位置偏移，導(dǎo)致外負(fù)載下加工精度較低，已成為機(jī)器人在加工系統(tǒng)中進(jìn)一步推廣和應(yīng)用的主要障礙。機(jī)器人的定位誤差主要包括幾何誤差和非幾何誤差，其中幾何誤差是機(jī)器人零部件在制造、裝配等過程中引起的尺寸誤差，非幾何誤差則主要由機(jī)器人自身剛度、控制器帶寬、環(huán)境溫度、外部負(fù)載等因素引起。

為提高機(jī)器人軌跡跟蹤精度，現(xiàn)有技術(shù)提出了多種方法：

運(yùn)動(dòng)學(xué)參數(shù)校準(zhǔn)，不準(zhǔn)確的運(yùn)動(dòng)學(xué)參數(shù)會(huì)降低機(jī)器人的位姿定位精度，而運(yùn)動(dòng)學(xué)標(biāo)定可對(duì)運(yùn)動(dòng)學(xué)參數(shù)進(jìn)行識(shí)別和建模，修正連桿長度、裝配誤差等，提高機(jī)器人的精度；外部測(cè)量系統(tǒng)校正，外部位姿測(cè)量設(shè)備，如激光跟蹤儀、立體相機(jī)、關(guān)節(jié)附加編碼器等，可用于機(jī)器人加工精度在線補(bǔ)償，能較好的補(bǔ)償機(jī)器人內(nèi)部因素導(dǎo)致的誤差。

盡管以上技術(shù)在機(jī)器人路徑誤差補(bǔ)償中有很大優(yōu)勢(shì)，但是發(fā)明人發(fā)現(xiàn)現(xiàn)有技術(shù)存在以下缺點(diǎn)：

基于運(yùn)動(dòng)學(xué)參數(shù)標(biāo)定的方法難以補(bǔ)償外部負(fù)載力引起的變形；而基于外部位姿測(cè)量設(shè)備的補(bǔ)償方法雖然能較好的補(bǔ)償機(jī)器人內(nèi)部因素導(dǎo)致的誤差，但是受機(jī)器人控制帶寬的限制，在負(fù)載擾動(dòng)下閉環(huán)控制對(duì)誤差補(bǔ)償具有滯后性。

發(fā)明內(nèi)容

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，本發(fā)明的目的是提供一種機(jī)器人路徑精度補(bǔ)償方法及系統(tǒng)，包括力補(bǔ)償部分和位置閉環(huán)補(bǔ)償部分，其中，位置閉環(huán)補(bǔ)償部分用于補(bǔ)償機(jī)器人內(nèi)部因素導(dǎo)致的位置偏差，力補(bǔ)償部分通過計(jì)算出機(jī)器人在受外部擾動(dòng)時(shí)將要發(fā)生的軌跡偏移量，并提前控制機(jī)器人補(bǔ)償相應(yīng)偏移，彌補(bǔ)位置閉環(huán)控制補(bǔ)償對(duì)外部負(fù)載擾動(dòng)的滯后性；提高機(jī)器人的末端位置精度。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明是通過如下的技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)：

第一方面，本發(fā)明的實(shí)施例提供了一種機(jī)器人路徑精度補(bǔ)償方法，包括：

獲取機(jī)器人受外力信息，根據(jù)關(guān)節(jié)剛度信息和受外力信息計(jì)算機(jī)器人末端變形量，作為力補(bǔ)償量；

獲取機(jī)器人末端實(shí)際位置，結(jié)合機(jī)器人末端理論軌跡計(jì)算軌跡修正量，作為位置閉環(huán)控制補(bǔ)償量；

將力補(bǔ)償與位置閉環(huán)控制補(bǔ)償相結(jié)合，得到末端路徑精度補(bǔ)償方案，控制機(jī)器人完成末端精度補(bǔ)償。

作為進(jìn)一步的實(shí)現(xiàn)方式，以機(jī)器人關(guān)節(jié)角度信息作為控制器的輸入值，計(jì)算當(dāng)前機(jī)器人末端雅克比矩陣；結(jié)合力信息與關(guān)節(jié)剛度矩陣、機(jī)器人末端雅克比矩陣的關(guān)系計(jì)算機(jī)器人笛卡爾坐標(biāo)系剛度。

作為進(jìn)一步的實(shí)現(xiàn)方式，將力補(bǔ)償量送入控制器進(jìn)行超前補(bǔ)償。

作為進(jìn)一步的實(shí)現(xiàn)方式，首先獲取機(jī)器人基座坐標(biāo)系、工具坐標(biāo)系和觀測(cè)點(diǎn)坐標(biāo)系，得到觀測(cè)點(diǎn)坐標(biāo)系下的機(jī)器人末端測(cè)量點(diǎn)坐標(biāo)。

作為進(jìn)一步的實(shí)現(xiàn)方式，根據(jù)轉(zhuǎn)換關(guān)系將機(jī)器人末端測(cè)量點(diǎn)坐標(biāo)轉(zhuǎn)換為機(jī)器人基座標(biāo)系下的坐標(biāo)表示。