一种重载机器人标定方法技术

本发明专利技术公开了一种重载机器人标定方法，通过结合可解析的梁变形模型和数据驱动的高斯过程回归模型的非几何误差补偿方法，先去除非几何误差中不符合高斯过程先验分布的误差，再使用数据驱动的方法进一步提高重载直角坐标机器人的定位精度。解决重载机器人在几何误差补偿后，直接使用高斯过程回归模型补偿非几何误差可能会出现标定精度波动的现象。

【技术实现步骤摘要】
一种重载机器人标定方法
本专利技术属于机器人标定
，具体涉及一种结合梁变形和高斯过程回归模型的重载机器人标定方法。
技术介绍
大型重载机器人，在长行程工作领域，主要指桁架式直角坐标机器人。由于其具有行程长，负载大，可靠性好的优点，所以被广泛应用在上下料、搬运、喷涂、焊接以及金属精加工等领域。目前工业机器人普遍存在着重复定位精度高，绝对定位精度低的问题，而影响机器人定位精度的因素可分为几何误差和非几何误差因素。几何误差主要是由于机器人的装配和零件的加工制造引起的误差，非几何误差主要是连杆变形，齿轮间隙和磨损以及温度影响等造成的误差。提高定位精度的方法最常使用的是标定技术。目前，大多数标定方法仅仅是在运动学层面的，这对应用于高精度领域的重载直角坐标机器人是不够的。近几年，也有人提出在几何误差补偿后，直接使用高斯过程回归模型来补偿机器人的非几何误差。但是对于长行程重载直角坐标机器人，这种方法会造成标定精度出现较大的波动，其主要原因在于直角坐标机器人在大负载作用下的梁变形误差并不是一个简单的、随机的高斯过程，而是一个可解析的模型。因此，我们在完成几何误差补偿之后，提出了一种结合梁变形和高斯过程回归模型的重载直角坐标机器人标定方法。如何提供一种重载直角坐标机器人标定方案，是一个急需解决的问题。
技术实现思路
本专利技术的主要目的在于提供一种重载机器人标定方法，从而克服现有技术的不足。为实现前述专利技术目的，本专利技术采用的技术方案包括：一种重载机器人标定方法，包括以下步骤：S100，在几何补偿过程中，指定一个机器人名义末端位置作为目标位置，根据修正运动学参数得到在几何误差补偿过程中机器人平动关节位移其中，为名义的运动学参数向量，为运动学参数偏差向量；S200，对于非几何误差，先用梁变形模型补偿由于外负载作用导致的变形误差，得到梁变形模型补偿中的关节位移是其中，∈为通过梁变形模型计算出的变形误差；S300，再用高斯过程回归模型来进一步补偿残差，得到高斯过程回归模型中的关节位移其中，e为通过高斯过程回归模型计算出的残差；S400，最后计算得到总的平动关节位移在一优选实施例中，所述S100包括：S101，建立重载机器人的三维模型，在该模型中，定义运动学参数向量其中，θ1表示立柱OA与垂直方向的偏离角度，θ2表示AB与水平方向的偏离角度，θ3表示BP与垂直方向的偏离角度，h＝|OA|表示立柱的高度，a0，b0表示x轴和z轴的平动关节零点位置的偏移，a，b被定义为x，z轴移动关节的位移；S102，在名义运动学模型中，计算得到机器人名义末端位置其中，是位移向量η和名义的运动学参数向量到名义末端位置的映射，η＝(a，b)，S103，根据修正运动学参数偏差得到在几何误差补偿过程中机器人平动关节位移其中，为运动学参数偏差在一优选实施例中，所述运动学参数偏差使用非线性最小二乘法来辨识。在一优选实施例中，所述S200包括：S201，建立在外载荷作用下可解析的梁变形模型，根据不同载荷和力矩作用下的挠度和转角，得到机器人的末端位置P的变形误差∈；S202，由所述变形误差∈，得到梁变形模型补偿中的关节位移是在一优选实施例中，所述S201包括：S2011计算得到由外载荷作用引起的集中力F的作用下，机器人的挠度和转角分别为：S2012，计算得到在力矩M1的作用下，机器人的挠度和转角分别为：其中M1＝F(l-a)；S2013，计算得到在力矩M2的作用下，机器人的挠度和转角分别为：其中M2＝Fa；S2014，由上述步骤S2011～2013计算出的挠度和转角，计算得到机器人的末端位置P的变形误差∈为：Δx＝ωA-ωC-b·sinθ；Δz＝ωB-b·(1-cosθ)，其中θ＝θA+θB-θC。在一优选实施例中，所述S300包括：S301，给定数据集D＝{(xi，ei)|i＝1，2…，n＝(X，e)}，其中xi＝(ai，bi，mi)是输入向量，ai，bi是机械手在x和z轴平动关节的移动距离，mi是负载的质量；S302，设噪声δ～(0，σ2)，残差数据e服从高斯过程的先验分布：e～N(0，K(X，X)+σ2I)。在一优选实施例中，S100中，运动学参数偏差向量为在一优选实施例中，S100中，重载机器人的误差模型是：其中，为末端执行器修正后的位置，Pa是末端执行器实际的位置。与现有技术相比较，本专利技术的有益效果至少在于：本专利技术通过结合可解析的梁变形模型和数据驱动的高斯过程回归模型的非几何误差补偿方法，通过先去除非几何误差中不符合高斯过程先验分布的误差，再使用数据驱动的方法进一步提高重载直角坐标机器人的定位精度。解决重载机器人在几何误差补偿后，直接使用高斯过程回归模型补偿非几何误差可能会出现标定精度波动的现象。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为本专利技术中重载直角坐标机器人的非理想布局模型图；图2为本专利技术中重载直角坐标机器人的名义模型图；图3为本专利技术具体实施方式中重载直角坐标机器人的运动学参数偏差辨识流程图；图4为本专利技术具体实施方式中重载直角坐标机器人外载荷作用受力图；图5为本专利技术具体实施方式中重载直角坐标机器人的单个载荷作用效果叠加图；图6为本专利技术具体实施方式中GPR预测z误差的十折交叉验证图；图7为本专利技术具体实施方式中几何误差和非几何误差补偿流程图；图8为本专利技术具体实施方式中测试点与训练点收集图；图9为本专利技术具体实施方式中4种方法补偿结果图。具体实施方式通过应连同所附图式一起阅读的以下具体实施方式将更完整地理解本专利技术。本文中揭示本专利技术的详细实施例；然而，应理解，所揭示的实施例仅具本专利技术的示范性，本专利技术可以各种形式来体现。因此，本文中所揭示的特定功能细节不应解释为具有限制性，而是仅解释为权利要求书的基础且解释为用于教示所属领域的技术人员在事实上任何适当详细实施例中以不同方式采用本专利技术的代表性基础。本专利技术所揭示的一种重载机器人标定方法，通过结合可解析的梁变形模型和数据驱动的高斯过程回归模型的非几何误差补偿方法，通过先去除非几何误差中不符合高斯过程先验分布的误差，再使用数据驱动的方法进一步提高重载直角坐标机器人的定位精度。本专利技术所揭示的一种重载机器人标定方法，包括以下步骤：S100，在几何补偿过程中，指定一个机器人名义末端位置作为目标位置，根据修正运动学参数得到在几何误差补偿过程中机器人平动关节位移其中，为名义的运动学参数向量，为运动学参数偏差向量。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种重载机器人标定方法，其特征在于，所述方法包括：/nS100，在几何补偿过程中，指定一个机器人名义末端位置

【技术特征摘要】
1.一种重载机器人标定方法，其特征在于，所述方法包括：
S100，在几何补偿过程中，指定一个机器人名义末端位置作为目标位置，根据修正运动学参数得到在几何误差补偿过程中机器人平动关节位移其中，为名义的运动学参数向量，为运动学参数偏差向量；
S200，对于非几何误差，先用梁变形模型补偿在外载荷作用下的变形误差，得到梁变形模型补偿中的关节位移是其中，∈为通过梁变形模型计算出的变形误差；
S300，再用高斯过程回归模型来进一步补偿残差，得到高斯过程回归模型中的关节位移其中，e为通过高斯过程回归模型计算出的残差；
S400，最后计算得到总的平动关节位移


2.根据权利要求1所述的重载机器人标定方法，其特征在于，所述S100包括：
S101，建立重载机器人的三维模型，在该模型中，定义运动学参数向量其中，θ1表示立柱OA与垂直方向的偏离角度，θ2表示AB与水平方向的偏离角度，θ3表示BP与垂直方向的偏离角度，h＝|OA|表示立柱的高度，a0，b0表示x轴和z轴的平动关节零点位置的偏移，a，b被定义为x，z轴移动关节的位移；
S102，在名义运动学模型中，计算得到机器人名义末端位置



其中，是位移向量η和名义的运动学参数向量到名义末端位置的映射，η＝(a，b)，
S103，根据修正运动学参数偏差得到在几何误差补偿过程中机器人平动关节位移其中，为运动学参数偏差。


3.根据权利要求2所述的重载机器人标定方法，其特征在于，所述运动学参数偏差使用非线性最小二乘法来辨识。


4.根据权利要求2所述的重载机器人标定方法，其特征在于，所述S200包括：
S201，考虑到重载机器人的重力造成的变形误差会耦合到几何误差中并在几何误差补偿过...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈思鲁，万红宇，刘艺莎，张驰，杨桂林，
申请(专利权)人：中国科学院宁波材料技术与工程研究所，
类型：发明
国别省市：浙江;33