[發明專利]基于內部傳感信息的混聯機器人運動學標定方法

在審

• 申請號: 202211337039.3
• 申請日: 2022-10-28
• 公開（公告）號: CN115533876A
• 公開（公告）日: 2022-12-30
• 發明（設計）人: 田文杰;郭旭;王麗娜;張相鵬;黃田
• 申請（專利權）人: 天津大學
• 主分類號: B25J9/00
• 分類號: B25J9/00;B25J9/16
• 代理公司: 天津市北洋有限責任專利代理事務所 12201
• 代理人: 吳學穎

本發明公開了一種基于內部傳感信息的混聯機器人運動學標定方法：混聯機器人內部傳感系統的設計、安裝與校準：混聯機器人運動系統的劃分，內部傳感系統的設計與安裝，內部傳感系統的校準；混聯機器人從動運動鏈結構誤差參數的識別：主動運動鏈與從動運動鏈之間的理想運動學關系的構建，從動運動鏈綜合誤差模型的建立，刀具位姿誤差的測量與求解，從動運動鏈結構誤差的辨識；基于從動運動鏈內部傳感系統實時測量信息的機器人位姿誤差補償：混聯機器人末端構件位姿誤差的實時預測，混聯機器人驅動關節補償量的實時求解，基于內部傳感信息的混聯機器人位姿誤差實時補償。本發明可直接基于機器人內部誤差檢測數據完成位姿誤差補償。

技術領域

本發明涉及機器人的運動學標定技術，屬于機器人領域，更具體的說，是涉及一種基于內部傳感信息的混聯機器人運動學標定方法。

背景技術

由三自由度并聯機構與兩自由度串聯轉頭搭建而成的五自由度混聯機器人是一種新型五軸聯動加工裝備，其結合了串聯機構工作空間大和并聯機構加速度大、剛度高的特點，以高速高精加工為目標，在大尺度非結構環境下的加工制造領域具有廣泛的應用前景。如Tricept、Exechon等五自由度混聯機器人已在航空航天、汽車制造等領域開展了初步應用，并取得了良好效果。精度是該類五自由度混聯機器人的重要性能指標。在具備良好基礎制造精度的前提下，運動學標定是進一步提高該類裝備精度的有效手段。通常情況下，運動學標定分為以下四個步驟：誤差建模、誤差檢測、誤差辨識和補償實施。然而上述方法的局限性主要表現為：第一，機器人末端構件姿態誤差檢測手段不足、檢測精度有限，且無法實時獲取末端構件的位置與姿態誤差信息；第二，只能采用離線測量、離線補償的形式，無法實現在線實時誤差補償；第三，位姿誤差補償解算程序復雜、補償的實時性差、占用數控系統存儲空間大；第四，無法有效補償混聯機器人驅動關節反向間隙以及被動關節的運動不確定性誤差，機器人位姿精度提升效果有限。

發明內容

本發明的目的是為了克服現有技術中的不足，提出了一種高精度、高效率、便于工業現場應用的基于內部傳感信息的混聯機器人運動學標定方法，可直接基于機器人內部誤差檢測數據完成位姿誤差補償。

本發明的目的是通過以下技術方案實現的。

本發明基于內部傳感信息的混聯機器人運動學標定方法，所述混聯機器人由并聯機構與串聯轉頭構成，所述并聯機構由第一主動伸縮裝置、第二主動伸縮裝置、第三主動伸縮裝置、從動伸縮裝置、動平臺、第一轉動支撐結構、第二轉動支撐結構、第一機架軸承座、第二機架軸承座組成，所述串聯轉頭由第一轉動部件、第二轉動部件、主軸、刀具構成，標定方法包括以下步驟：

步驟一，混聯機器人內部傳感系統的設計、安裝與校準

1)混聯機器人運動系統的劃分

依據運動學等效原理，將所述混聯機器人劃分為主動運動鏈與從動運動鏈兩個獨立的運動系統；所述主動運動鏈由第一主動伸縮裝置、第二主動伸縮裝置、第三主動伸縮裝置、動平臺、第一轉動支撐結構、第二轉動支撐結構、串聯轉頭構成；所述從動運動鏈由第一轉動支撐結構、從動伸縮裝置、動平臺、串聯轉頭構成；

2)內部傳感系統的設計與安裝

依據內部傳感器所對應的運動生成元可張成末端運動輸出構件可控運動空間的原則，在從動運動鏈上設計并安裝內部傳感系統；所述內部傳感系統由第一圓光柵、第二圓光柵、第三直線光柵、第四圓光柵、第五圓光柵構成，其中，第一圓光柵安裝于第一轉動支撐結構與第一機架軸承座之間的轉動副，第二圓光柵安裝于第一轉動支撐結構與從動伸縮裝置之間的轉動副，第三直線光柵安裝于從動伸縮裝置中的移動副，第四圓光柵安裝于第一轉動部件與動平臺之間的轉動副內部，第五圓光柵安裝于第一轉動部件與第二轉動部件之間的轉動副內部；

3)內部傳感系統的校準