一种耦合运动学与刚度参数辨识的机器人精度控制方法技术

本发明专利技术公开了一种耦合运动学与刚度参数辨识的机器人精度控制方法，属于工业机器人精度补偿技术领域。该方法通过辨识工业机器人运动学参数修正机器人运动学模型的误差，并通过刚度辨识方法实现机器人刚度建模，结合六维力传感器在线动态感知作业负载，提出一种机器人几何误差以及负载状态下柔性误差补偿的二阶补偿方案，实现工况状态下的机器人的精确定位。本发明专利技术方法通过机器人几何误差与柔性误差的精确计算，可以实现机器人加工状态下的绝对定位误差的高精控制，满足机器人在制孔、铣削等高精制造加工领域的技术需求。

A Robot Precision Control Method Coupled Kinematics and Stiffness Parameter Identification

【技术实现步骤摘要】
一种耦合运动学与刚度参数辨识的机器人精度控制方法
本专利技术属于机器人精度补偿
，具体指代一种耦合运动学与刚度参数辨识的机器人精度控制方法，能实现机器人作业状态下绝对定位精度的有效提升。
技术介绍
工业机器人作为典型的柔性高精作业载体，具有作业柔性高、自动化程度高、空间要求低、运行成本低的特点，配合多功能末端执行器可以实现制孔、铣削、打磨等加工任务，是高端制造业尤其是航空航天等高附加值制造装配领域的核心加工装备。但是工业机器人串联链式结构导致机器人本体的刚度和绝对定位精度不高，而弱刚性属性也会导致度机器人作业载荷较低的耐受能力，影响加工状态下末端定位精度与作业质量。因此，对机器人作业状态下的绝对定位误差的计算与补偿是十分必要的。机器人精度补偿技术是提升机器人定位精度的最常用手段，而机器人在空载状态下的机器人精度补偿技术国内外已经有了一定的研究，由于运动学参数误差是机器人定位误差的主要误差源，大多数研究者都从运动学模型的标定来展开研究，通过修改机器人控制器参数校准机器人模型实现本体误差补偿。在文献“ZAKG,BENHABIBB,FENTONR,etal.Applicationof本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种耦合运动学与刚度参数辨识的机器人精度控制方法，其特征在于，包括步骤如下：步骤1：在给定机器人有效工作空间内，按照给定的步长把整个作业空间划分成一系列的均匀立方体网格，选择各立方体网格的八个顶点作为采样点位置，在各个目标位置规划一系列可达姿态，并设计末端负载模拟加工受力，用激光跟踪仪测量在不同位姿下负载前后机器人末端的位姿变化，通过六维力传感器获得不同位姿所受载荷信息；步骤2：通过对机器人的各项运动学参数求偏导，建立机器人运动学参数误差模型，确定机器人输入端的微小变化dq与末端位姿微小变换dP之间的内在关联：

【技术特征摘要】
1.一种耦合运动学与刚度参数辨识的机器人精度控制方法，其特征在于，包括步骤如下：步骤1：在给定机器人有效工作空间内，按照给定的步长把整个作业空间划分成一系列的均匀立方体网格，选择各立方体网格的八个顶点作为采样点位置，在各个目标位置规划一系列可达姿态，并设计末端负载模拟加工受力，用激光跟踪仪测量在不同位姿下负载前后机器人末端的位姿变化，通过六维力传感器获得不同位姿所受载荷信息；步骤2：通过对机器人的各项运动学参数求偏导，建立机器人运动学参数误差模型，确定机器人输入端的微小变化dq与末端位姿微小变换dP之间的内在关联：其中，dx，dy，dz，δx，δy，δz分别为机器人末端的定位和姿态误差在工具坐标系的投影，Ja、Jα、Jd、Jθ是机器人分别对关节连杆长度、关节扭转角、关节偏置距离、关节转角求导的雅可比矩阵，Δa、Δα、Δd、Δθ分别为关节连杆长度、关节扭转角、关节偏置距离、关节转角求导的误差；定义J(q)为扩展雅可比矩阵，通过阻尼最小二乘法对ΔP(q)＝J(q)Δq求解，获得运动学参数误差，实现机器人运动学模型修正；步骤3：选择作业范围均匀分布的不少于8个采样位置，各位置选择不少于3个可达姿态，实现全作业空间的机器人关节刚度辨识；在修正的机器人运动学模型基础上建立雅可比矩阵；结合末端受载前后位姿转换矩阵、力传感器信息以及机器人修正运动学模型，利用机器人静刚度模型F＝KD＝J-TKθJ-1D实现机器人的关节刚度辨识；步骤4：在修正过的运动学模型基础上实现机器人刚度精确建模，并在实际加工作业中对机器人作业位姿下的末端受力实时感知，从而实现机器人作业定位误差的在线预测，通过对机器人末端作业定位误差反向补偿实现机器人工况状态下的精确定位控制。2.根...

【专利技术属性】
技术研发人员：田威，焦嘉琛，廖文和，张霖，李波，刘少睿，花芳芳，
申请(专利权)人：南京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32