一种齿轮齿条式四自由度并联机器人的零点标定方法技术

本发明专利技术涉及一种齿轮齿条式四自由度并联机器人的零点标定方法，包括以下步骤：安装码盘、建立静平台坐标系、建立标定坐标系、建立从动杆末端位置矢量表达式、构建误差辨识模型、误差补偿。本发明专利技术的有益效果是：1)该方法仅利用末端执行器单轴旋转信息结合机器人运动学逆解建立标定模型，简单易实现；2)该方法克服了零点误差导致位置精度不够，可达到较高的精度，精度达到0.01°；3)该方法可以拓展到拥有三个移动自由度一个末端转动自由度的其他结构四自由度高速并联机器人的零点标定。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于工业机器人的标定
，涉及一种齿轮齿条式四自由度并联机器人(简称Cross-IV)的零点标定技术，是一种基于码盘检测机器人末端旋转信息的快速标定方法。
技术介绍
位置精度是机器人的重要性能指标，而运动学标定是提高其精度的有效手段之一。针对Cross-IV的运动学标定尚且缺乏有效的标定方法与技术。由于Cross-IV末端平台的旋转自由度，造成末端平台的结构与同类二、三自由度并联机器人有较大差别，因此加大了零点标定难度。例如现有技术中研究的基于单目视觉的Delta机器人零点标定方法，虽然可以参考相似的零点误差模型构建方法，但由于Cross-IV结构更加复杂，末端无法简化，且增加一个旋转自由度，导致该已研究方法无法直接使用。因此，对四自由度高速并联机器人的运动学标定问题仍是待解决的关键技术之一。运动学标定分为自标定法和外部标定法，自标定法利用自身冗余传感器标定，无法提供不同参考系间未知刚体位移信息，难以应用于实际工程中。
技术实现思路
针对上述缺陷，本专利技术提出一种齿轮齿条式四自由度并联机器人的零点标定方法。一种齿轮齿条式四自由度并联机器人的零点标定方法采用如下步骤：一)安装码盘：在动平台末端执行器旋转轴上安装一个码盘，用于测量末端转角信息；二)建立静平台坐标系：建立静平台坐标系O-XYZ，坐标系原点位于静平台中心点，XY平面为四个转动副理想轴线所在平面，X轴指向第1副轴线中点，Y轴指向第2副轴线中点,Z轴满足右手定则；三)建立标定坐标系：建立标定坐标系o-xyz，坐标系原点o位于设计工作空间的中心，x,y轴分别于X,Y轴同向，z轴满足右手定则；四)建立从动杆末端位置矢量表达式：建立四组从动杆末端中心位置P在标定坐标系中的任一位置矢量表达式，在此基础上构建零点误差映射模型，建立末端位置误差与零点误差的数学关系式；五)构建误差辨识模型：将机器人末端平台中心位置O`移动到工作空间任一位置O`1,此时末端执行器齿条相对于齿轮错动距离为s1，码盘转角读数η1，保持动平台中心位置不变，使错动距离变为sj，并记录错动后码盘转角读数ηj，以第一条支链为例，根据动平台结构及坐标系变换原理得P1点在o-xyz中坐标为根据码盘转角读数和齿轮齿条传动原理计算得P1点在o-xyz中坐标依据和构造任意两测点间平移距离误差模型，利用模型数学表达式辨识出零点误差，整个测试过程中机器人沿z轴方向保持不变；六)误差补偿：将辨识出的零点误差补偿到系统输入中，完成零点标定。所述步骤四)平行四边形从动杆末端中心位置P在标定坐标系中的位置矢量可表示为：ri＝ai+l1ui+l2wi(1)式(1)中，ai为主动臂转动副轴线中点Ai在标定坐标系中的位置矢量，l1，l2，ui，wi分别为支链i主动臂和从动臂的杆长和单位矢量，i(i＝1，2，3，4)。ui＝(cosβicosθi,sinβicosθi,-sinθi)T(2)式(2)中，βi为静平台结构角，且βi＝(i-1)π/2，θi为主动臂转角值。静平台中心至主动臂轴线中点距离及主动臂和从动臂杆长易于保证，忽略其误差，对矢量表达式做一阶摄动并线性化，得出：Δri＝l1Δui+l2Δwi(3)式(3)中，Δui,Δwi分别为支链i主动臂和从动臂单位矢量的误差，化简上式得出：wi0TΔri＝l1wi0TΔuiΔui＝CiΔθi(4)式(4)中Ci＝Rot(βi-π/2,Z)QxRot(-θi0,xi)e2，θi0为主动臂转角的名义值，过渡系Oi-xiyizi由静坐标系o-xyz绕Z轴旋转βi得到，e2＝(0,1,0)T，整理得出：Δri＝JΔθi(5)式(5)中，J＝[wi0T]-1l1wi0TCi，至此，建立出末端位置误差与零点误差的数学关系式。所述步骤五)相对于任一位置O’1，以第一条支链为例，错动前P1点在o-xyz中坐标为错动后P1点在o-xyz中移动的距离表示为：Sj＝{[(r1sj+Δr1sj)-(r1s1+Δr1s1)]T[(r1sj+Δr1sj)-(r1s1+Δr1s1)]本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种齿轮齿条式四自由度并联机器人的零点标定方法，其特征为，采用如下步骤：一)安装码盘：在动平台末端执行器旋转轴上安装一个码盘，用于测量末端转角信息；二)建立静平台坐标系：建立静平台坐标系O‑XYZ，坐标系原点位于静平台中心点；三)建立标定坐标系：建立标定坐标系o‑xyz，坐标系原点o位于设计工作空间的中心；四)建立从动杆末端位置矢量表达式：建立四组从动杆末端中心位置P在标定坐标系中的任一位置矢量表达式，在此基础上建立末端位置误差与零点误差的数学关系式；五)构建误差辨识模型：将机器人末端平台中心位置O`移动到工作空间任一位置O`1,此时末端执行器齿条相对于齿轮错动距离为s1，码盘转角读数η1，保持动平台中心位置不变，使错动距离变为sj，并记录错动后码盘转角读数ηj，以第一条支链为例，P1点在o‑xyz中坐标为根据测量信息得P1点在o‑xyz中坐标依据和构造任意两测点间平移距离误差模型；六)误差补偿：将辨识出的零点误差补偿到系统输入中，完成零点标定。

【技术特征摘要】
1.一种齿轮齿条式四自由度并联机器人的零点标定方法，其特征为，采用如下步骤：一)安装码盘：在动平台末端执行器旋转轴上安装一个码盘，用于测量末端转角信息；二)建立静平台坐标系：建立静平台坐标系O-XYZ，坐标系原点位于静平台中心点；三)建立标定坐标系：建立标定坐标系o-xyz，坐标系原点o位于设计工作空间的中心；四)建立从动杆末端位置矢量表达式：建立四组从动杆末端中心位置P在标定坐标系中的任一位置矢量表达式，在此基础上建立末端位置误差与零点误差的数学关系式；五)构建误差辨识模型：将机器人末端平台中心位置O`移动到工作空间任一位置O`1,此时末端执行器齿条相对于齿轮错动距离为s1，码盘转角读数η1，保持动平台中心位置不变，使错动距离变为sj，并记录错动后码盘转角读数ηj，以第一条支链为例，P1点在o-xyz中坐标为根据测量信息得P1点在o-xyz中坐标依据和构造任意两测点间平移距离误差模型；六)误差补偿：将辨识出的零点误差补偿到系统输入中，完成零点标定。2.根据权利要求1所述的一种齿轮齿条式四自由度并联机器人的零点标定方法，其特征在于：所述步骤四)中平行四边形从动杆末端中心位置P在标定坐标系中的位置矢量可表示为：ri＝ai+l1ui+l2wi...

【专利技术属性】
技术研发人员：梅江平，贺媛，刘彦敏，熊伟，章点，
申请(专利权)人：芜湖瑞思机器人有限公司，
类型：发明
国别省市：安徽;34