绝对精度补偿方法及系统、设备和计算机可读存储介质技术方案

本发明专利技术提供一种绝对精度补偿方法及系统、设备和计算机可读存储介质，其中该方法包括：几何误差补偿步骤：在机器人运动学建模时将DH参数误差引起的末端误差直接补偿可配置的运动学参数；非几何误差补偿步骤：建立机器人的柔性误差模型，通过机器人的控制器来补偿柔性误差模型中的误差。本发明专利技术提供的技术方案基于关节柔性和配置参数的绝对精度补偿，直接补偿运动学配置参数，不需要修改机器人正逆运动学，可直接应用于工业机器人。可直接应用于工业机器人。可直接应用于工业机器人。

【技术实现步骤摘要】
绝对精度补偿方法及系统、设备和计算机可读存储介质


[0001]本专利技术涉及机器人领域，尤其涉及绝对精度补偿方法及系统、设备和计算机可读存储介质。

技术介绍

[0002]随着机器人与视觉等其它传感器的结合应用技术越来越成熟，对机器人的定位精度要求也越来越高。
[0003]一般工业机器人的重复定位精度能达到较高水平，而绝对定位精度却相对较低，无法满足一些精度要求较高的应用领域的需求。提高机器人绝对定位精度的一种有效方法是机器人运动学标定，例如现有技术有些是基于位移传感器同时实现了机器人本体几何参数误差及机器人末端坐标系、基坐标系的标定，但是这种方案由于没有考虑关节柔性带来的影响，因此应用具有很大局限性，无法满足一些精度要求较高的应用领域的需求。
[0004]又例如，现有技术还有一些是综合位姿误差模型与刚度补偿的机器人精度补偿，通过实验获取机器人本体变形量对载荷的变化曲线，调取离线结果对末端精度进行二次补偿，但是由于变化曲线需要大量不同位置和不同载荷的实验来确定，另外数据库步长将直接影响补偿的精度，且没有考虑不同姿态的影响，因此，这种方案也有很大的应用局限性。

技术实现思路

[0005]有鉴于此，本专利技术的目的在于提供一种绝对精度补偿方法及系统、设备和计算机可读存储介质，基于关节柔性和配置参数的绝对精度补偿，直接补偿运动学配置参数，不需要修改机器人正逆运动学，可直接应用于工业机器人，适合大规模应用。
[0006]本专利技术提出一种绝对精度补偿方法，所述方法包括：
[0007]几何误差补偿步骤：在机器人运动学建模时将DH参数误差引起的末端误差直接补偿可配置的运动学参数；
[0008]非几何误差补偿步骤：建立所述机器人的柔性误差模型，通过所述机器人的控制器来补偿所述柔性误差模型中的误差。
[0009]优选的，所述几何误差补偿步骤具体包括：
[0010]对所述机器人进行运动学建模，得到相邻两连杆{i
‑
1}{i}之间的齐次坐标变换矩阵为：
[0011][0012]上式(1)中，s＝sin，c＝cos，a
i
‑1为连杆长度，a
i
‑1为关节扭角，d
i
为连杆偏距，θ
i
为关节转角，x为连杆坐标系X轴坐标，z为连杆坐标系Z轴坐标；
[0013]根据微分变换法获取相邻连杆的齐次变换误差为：
[0014][0015]上式(2)表示任意关节的DH参数误差在关节坐标系下产生的误差，其中，Δθ
i
是连杆夹角偏差，Δa
i
‑1是连杆扭角偏差，Δd
i
是连杆距离偏差，Δa
i
‑1是连杆长度偏差；
[0016]根据所建模型获取所述机器人的末端坐标系与基坐标系之间的运动学关系为：
[0017][0018]根据上式(3)得到所述机器人由DH参数引起的末端位姿误差模型为：
[0019]Δp
DH
＝J
DH
Δη
DH
ꢀꢀ
(4)
[0020]上式(4)中，Δp
DH
为所述机器人末端位姿误差向量，为位姿误差对应的辨识雅克比矩阵，Δη
DH
＝[Δθ Δd Δα Δa]为各关节误差参数向量。
[0021]优选的，所述非几何误差补偿步骤具体还包括：
[0022]建立所述机器人的关节力矩和各关节的弹性变形之间的关系为：
[0023]τ＝K
c
·
dθ
c
ꢀꢀ
(5)
[0024]上式(5)中，K
c
＝diag(K1，
…
，K
n
)为所述机器人的关节刚度矩阵，τ为施加在关节上的等效力矩，dθ
c
为关节角度偏差；
[0025]根据所述机器人的运动雅克比ΔX＝J
c
(θ)dθ
c
和力雅可比并联立上式(4)以得到：
[0026][0027]上式(6)中，S
c
＝[S1，
…
，S
n
]＝[1/K1，
…
，1/K
n
]为各关节的柔度参数，J
c
为所述机器人的雅克比矩阵，τ
G
为所述机器人的各关节重力矩，F为机器人所受的外力；
[0028]结合上式(4)和上式(6)，将所述机器人的末端位姿的误差模型扩展为：
[0029]Δp＝JΔη
ꢀꢀꢀ
(7)
[0030]上式(7)中，J＝[J
DH J
A
]为辨识雅克比矩阵，Δη＝[Δη
DH S
c
]为包含几何误差参数和柔度参数的误差参数矩阵；
[0031]求解上式(7)以获取所述机器人的所述几何误差参数和所述柔度参数，并通过所述机器人的控制器来补偿误差。
[0032]优选的，所述方法还包括辨识步骤，所述辨识步骤具体包括：
[0033]在所述机器人的工作空间内，给定任意的目标位置，控制所述机器人运动到给定的所述目标位置，记录所述机器人的各关节位置并代入求得所述辨识雅克比矩阵I，利用激光跟踪仪测量给定的所述目标位置的末端实际位置，将所述末端实际位置与所建模型位置做差运算得到上式(7)中的Δp；
[0034]采用最小二乘法求解上式(7)以得到所述机器人的所述误差参数矩阵Δη，将所述误差参数矩阵中的几何误差参数Δη
DH
直接补偿至所述DH参数，得到修正后的DH参数和所述机器人的零位位置；
[0035]将所述误差参数矩阵中的柔度参数S
c
直接代入到上式(5)中计算得到各轴角度补
偿量；
[0036]控制补偿后的所述机器人重复运动到给定的所述目标位置，记录所述机器人各关节位置，使用激光跟踪仪记录所述目标位置的末端实际位置，再次计算得到所述机器人的所述误差参数矩阵；
[0037]判断所述误差参数矩阵中的误差参数的变化量是否满足精度要求；
[0038]若满足精度要求，则辨识完成。
[0039]另一方面，本专利技术还提供一种绝对精度补偿系统，所述系统包括几何误差补偿模块和非几何误差补偿模块，其中，
[0040]几何误差补偿模块，用于在机器人运动学建模时将DH参数误差引起的末端误差直接补偿可配置的运动学参数；
[0041]非几何误差补偿模块，用于建立所述机器人的柔性误差模型，通过所述机器人的控制器来补偿所述柔性误差模型中的误差。
[0042]优选的，所述几何误差补偿模块具体用于：
[0043]对所述机器人进行运动学建模，得到相邻两连杆{i
‑
1}{i}之间的齐次坐标变换矩阵为：
[0044][0045]上式(1)中，s＝sin，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种绝对精度补偿方法，其特征在于，所述方法包括：几何误差补偿步骤：在机器人运动学建模时将DH参数误差引起的末端误差直接补偿可配置的运动学参数；非几何误差补偿步骤：建立所述机器人的柔性误差模型，通过所述机器人的控制器来补偿所述柔性误差模型中的误差。2.如权利要求1所述的绝对精度补偿方法，其特征在于，所述几何误差补偿步骤具体包括：对所述机器人进行运动学建模，得到相邻两连杆{i
‑
1}{i}之间的齐次坐标变换矩阵为：上式(1)中，s＝sin，c＝cos，a
i
‑1为连杆长度，a
i
‑1为关节扭角，d
i
为连杆偏距，θ
l
为关节转角，x为连杆坐标系X轴坐标，z为连杆坐标系Z轴坐标；根据微分变换法获取相邻连杆的齐次变换误差为：上式(2)表示任意关节的DH参数误差在关节坐标系下产生的误差，其中，Δθ
l
是连杆夹角偏差，Δa
i
‑1是连杆扭角偏差，Δd
i
是连杆距离偏差，Δa
l
‑1是连杆长度偏差；根据所建模型获取所述机器人的末端坐标系与基坐标系之间的运动学关系为：根据所建模型获取所述机器人的末端坐标系与基坐标系之间的运动学关系为：根据上式(3)得到所述机器人由DH参数引起的末端位姿误差模型为：Δp
DH
＝J
DH
Δη
DH (4)上式(4)中，Δp
DH
为所述机器人末端位姿误差向量，为位姿误差对应的辨识雅克比矩阵，Δη
DH
＝[Δθ Δd Δα Δa]为各关节误差参数向量。3.如权利要求2所述的绝对精度补偿方法，其特征在于，所述非几何误差补偿步骤具体还包括：建立所述机器人的关节力矩和各关节的弹性变形之间的关系为：τ＝K
c
·
dθ
c (5)上式(5)中，K
c
＝diag(K1，
…
，K
n
)为所述机器人的关节刚度矩阵，τ为施加在关节上的等效力矩，dθ
c
为关节角度偏差；根据所述机器人的运动雅克比ΔX＝J
c
(θ)dθ
c
和力雅可比并联立上式(4)以得到：
上式(6)中，为各关节的柔度参数，J
c
为所述机器人的雅克比矩阵，τ
G
为所述机器人的各关节重力矩，F为机器人所受的外力；结合上式(4)和上式(6)，将所述机器人的末端位姿的误差模型扩展为：Δp＝JΔη(7)上式(7)中，为辨识雅克比矩阵，Δη＝[Δη
DH S
c
]为包含几何误差参数和柔度参数的误差参数矩阵；求解上式(7)以获取所述机器人的所述几何误差参数和所述柔度参数，并通过所述机器人的控制器来补偿误差。4.如权利要求3所述的绝对精度补偿方法，其特征在于，所述方法还包括辨识步骤，所述辨识步骤具体包括：在所述机器人的工作空间内，给定任意的目标位置，控制所述机器人运动到给定的所述目标位置，记录所述机器人的各关节位置并代入求得所述辨识雅克比矩阵I，利用激光跟踪仪测量给定的所述目标位置的末端实际位置，将所述末端实际位置与所建模型位置做差运算得到上式(7)中的Δp；采用最小二乘法求解上式(7)以得到所述机器人的所述误差参数矩阵Δη，将所述误差参数矩阵中的几何误差参数Δη
DH
直接补偿至所述DH参数，得到修正后的DH参数和所述机器人的零位位置；将所述误差参数矩阵中的柔度参数S
c
直接代入到上式(5)中计算得到各轴角度补偿量；控制补偿后的所述机器人重复运动到给定的所述目标位置，记录所述机器人各关节位置，使用激光跟踪仪记录所述目标位置的末端实际位置，再次计算得到所述机器人的所述误差参数矩阵；判断所述误差参数矩阵中的误差参数的变化量是否满足精度要求；若满足精度要求，则辨识完成。5.一种绝对精度补偿系统，其特征在于，所述系统包括几何误差补偿模块和非几何误差补偿模块，其中，几何误差补偿模块，用于在机器人运动学建模时将DH参数误差引起的末端误差直接补偿可配置的运动学参数；非几何误差补偿模块，用于建立所述机器人的柔性误差...

【专利技术属性】
技术研发人员：林俐，刘天华，邓洪洁，高欢，孙锐，李生，
申请(专利权)人：上海新时达电气股份有限公司，
类型：发明
国别省市：