一种六自由度机器人末端空间曲线轨迹的误差建模方法技术

本发明专利技术公开了一种六自由度机器人末端空间曲线轨迹的误差建模方法，更具体是针对末端连续空间曲线轨迹任务，提出了一种考虑插值算法和关节连杆参数误差影响的误差模型。该方法通过在理想轨迹上取关键路径点逆解到关节空间，并进行插值运算，同时考虑了连杆参数误差得到了实际末端位置，采用规划轨迹点到理想轨迹曲线的距离作为综合误差来反映规划轨迹到理想轨迹的偏差，得到了简单且更能反映实际的误差模型，为控制末端追踪精度提供了理论基础。

Error modeling method of end space curve trajectory for a six degree of freedom robot

The invention discloses a method of error modeling of a six DOF robot of curves in space, more specifically for the end of continuous curves in space missions, put forward by considering the effects of interpolation and joint linkage parameters error model. The method by taking the critical path in the ideal trajectory inverse solution to the joint space, and interpolation operation, considering the link parameter errors can be the actual end position deviation by trajectory planning to ideal trajectory distance as error to reflect the planning trajectory to the ideal trajectory, the error model is simple and more can reflect the actual control, the end provides a theoretical basis for the tracking accuracy.

【技术实现步骤摘要】
一种六自由度机器人末端空间曲线轨迹的误差建模方法
本专利技术属于工业机器人末端追踪误差分析领域，涉及一种反映规划轨迹与理想轨迹间偏差的末端误差模型，该模型同时考虑了插值算法和关节连杆参数误差的影响，能够为控制机器人末端追踪精度提供一定的理论基础。
技术介绍
末端追踪精度作为工业机器人的重要性能指标之一，已经成为重要研究内容。现代末端误差控制主要采用闭环控制方法，虽然采用闭环控制算法能够有效的改善定位及重复定位精度，但却严重依赖于关节传感器和末端传感器的测量精度，也使机器人结构严重复杂化，同时使连续轨迹的追踪精度控制问题变得异常困难。对于末端连续轨迹的规划，包括两种，一种是在操作空间内插值，一种是在关节空间内插值，而为了能够保证各关节的运动柔顺性，研究者们大多将反映理想连续轨迹曲线的特征路径点逆解到关节空间内进行插值运算，导致插值算法参数取值对末端追踪精度产生较大影响，其次在实际的工业机器人系统中，由于加工制造与装配而造成的连杆参数误差对末端追踪精度也存在较大的影响，因此为控制机器人末端追踪精度，考虑这两种影响因素十分必要。为了能够对末端运动轨迹误差进行补偿以改善追踪精度，又避免实时测本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种六自由度机器人末端空间曲线轨迹的误差建模方法，其特征在于：该方法包括以下步骤：1)在空间曲线上选取N个路径点，N由具体操作任务确定，基于逆解模型得到各关节线位移或角位移；2)选用一种插值算法进行插值运算得到各关节变量与时间的函数关系式，每隔20ms取一点，得到M个关节变量，设由插值算法得到的总运动时间为T(s)，则M＝T/0.02；3)考虑机器人各关节结构误差，正解得到机器人末端M个相应的轨迹点Q；4)在理想轨迹曲线上取点P，使得Q为过P点的法线上一点，从而定义轨迹误差E为点P与Q间的距离大小，将问题转化为已知理想空间轨迹曲线方程与Q点坐标，求取误差E；当E趋近于无穷小时，规划轨迹与理想轨...

【技术特征摘要】
1.一种六自由度机器人末端空间曲线轨迹的误差建模方法，其特征在于：该方法包括以下步骤：1)在空间曲线上选取N个路径点，N由具体操作任务确定，基于逆解模型得到各关节线位移或角位移；2)选用一种插值算法进行插值运算得到各关节变量与时间的函数关系式，每隔20ms取一点，得到M个关节变量，设由插值算法得到的总运动时间为T(s)，则M＝T/0.02；3)考虑机器人各关节结构误差，正解得到机器人末端M个相应的轨迹点Q；4)在理想轨迹曲线上取点P，使得Q为过P点的法线上一点，从而定义轨迹误差E为点P与Q间的距离大小，将问题转化为已知理想空间轨迹曲线方程与Q点坐标，求取误差E；当E趋近于无穷小时，规划轨迹与理想轨迹重合；5)根据曲线方程求得过P点的切线方程，结合条件PQ⊥PP1(P1为该切线上任一点)，计算P点坐标，从而得到误差E。2.根据权利要求1所述的一种六自由度机器人末端空间曲线轨迹的误差建模方法，其特征在于：步骤(1)求取关节变量设机器人末端操作空间任务曲线方程如下，在该曲线上均匀取N个路径点，通过逆解得到机械臂各关节角位移θ；步骤(2)针对各关节变量进行插值运算采用一种插值算法对关节变量进行插值计算，得到第i个关节变量与运动时间的函数关系式如下，θi＝fi(t)在依据上式得到的函数曲线上每隔20ms取一个函数值，从而得到各关节的M个位移值θi，并通过正运动学模型计算得到M个相应的轨迹点Q；步骤(3)计算机器人末端轨迹点由于机器人末端位置与各关节位移量θi相关，其次也与机器人D-H连杆参数相关，即杆件长度ai，杆件扭角αi，关节距离di及关节转角θi，因此将机器人正运动学模型表示如下，Pos＝gst(θi,ai,αi,di,θi)实际上机器人连杆参数在制造和装配的过程中会产生误差，而这种误差会极大...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘志峰，许静静，赵永胜，蔡力钢，
申请(专利权)人：北京工业大学，
类型：发明
国别省市：北京,11