一种基于光栅编码器的混联机器人轮廓误差预测方法技术

本发明专利技术公开了一种基于光栅编码器的混联机器人轮廓误差预测方法，分别在混联机器人的转轴上安装圆光栅编码器及在其平移部件上安装直线光栅编码器；建立混联机器人的正向运动学模型；采集各光栅编码器的检测数据，由检测数据并结合混联机器人的正向运动学模型得到机器人末端刀具的实际位姿；基于机器人末端刀具的实际位姿和理论轨迹数据，采用迭代搜索法确定与末端刀具实际位置距离最近的参考驻点位置坐标；由该点位置坐标计算得到位于该点位置时的机器人末端刀具的参考位姿；由位于参考驻点位置的机器人末端刀具的参考位姿及当前实际位姿，利用旋量理论完成混联机器人轮廓误差的建模与预测。本发明专利技术具有更高计算精度，适于复杂轨迹的轮廓误差预测。于复杂轨迹的轮廓误差预测。于复杂轨迹的轮廓误差预测。

【技术实现步骤摘要】
一种基于光栅编码器的混联机器人轮廓误差预测方法


[0001]本专利技术属于机器人领域，涉及一种混联机器人轮廓误差预测方法，特别涉及一种基于光栅编码器的混联机器人轮廓误差预测方法。

技术介绍

[0002]目前，随着航空航天等高端制造业的快速发展，其核心零件的形状和结构愈加复杂，对加工精度的要求越来越高，加工难度随之提升。混联机器人作为一种新型加工设备，其移动范围大和加工精度高等特点满足现代制造业的需求。然而，机器人在运动过程中，主动关节传动系统的弹性变形、传动误差，以及摩擦和伺服刚度引起的跟随误差等非几何误差以及主动关节间由于同步性差异引起的联动误差都是影响机器人定位精度的关键误差源，而且该类误差具有时变性、相关性等特点，无法采用类似于几何误差标定、补偿的手段予以消除，最终就导致机器人在进行轨迹跟踪运动时实际运动轨迹与理论运动轨迹间产生偏差，即轮廓误差。
[0003]为了抑制上述误差的影响，需要安装额外检测传感器，即光栅编码器，其测得的误差信息中包含主动关节引入的非几何误差，以及部分从动支链沿或绕受限方向的弹性变形引起的误差，可用于消除主本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于光栅编码器的混联机器人轮廓误差预测方法，其特征在于，分别在混联机器人的转轴上安装圆光栅编码器及在其从动平移关节上安装直线光栅编码器；建立混联机器人的正向运动学模型；采集各圆光栅编码器及直线光栅编码器的检测数据，由检测数据并结合混联机器人的正向运动学模型得到机器人末端刀具的实际位姿；基于机器人末端刀具的实际位姿和理论轨迹数据，采用迭代搜索法确定与末端刀具实际位置距离最近的驻点位置坐标；由驻点位置坐标计算得到位于驻点位置时的机器人末端刀具的参考位姿；由位于驻点位置的机器人末端刀具的参考位姿及当前实际位姿，利用旋量理论完成混联机器人轮廓误差的建模与预测。2.根据权利要求1所述的基于光栅编码器的混联机器人轮廓误差预测方法，其特征在于，采用迭代搜索法确定与末端刀具实际位置距离最近的驻点位置坐标的方法包括：采用向后搜索的方法确定驻点位置坐标。3.根据权利要求1所述的基于光栅编码器的混联机器人轮廓误差预测方法，其特征在于，采用迭代搜索法确定与末端刀具实际位置距离最近的驻点位置坐标的方法包括：首先依次确定参考驻点所在的粗插补段和精插补段，继而根据设定的计算精度，采用插值法确定驻点坐标。4.根据权利要求3所述的基于光栅编码器的混联机器人轮廓误差预测方法，其特征在于，采用三次多项式插值法确定驻点坐标。5.根据权利要求1所述的基于光栅编码器的混联机器人轮廓误差预测方法，其特征在于，采用迭代搜索法确定与末端刀具实际位置距离最近的驻点位置坐标的方法包括如下具体步骤：步骤A1，给定数控系统的粗插补周期t
△
，将当前指令所在的粗插补段和之前粗插补段数据存储在寄存器中；步骤A2，设当前指令所在粗插补段的终止位置点为初始点，设P
n
、P
n
‑1和P
n
‑2表示从初始点起依次向后排布的三个粗插补点；从初始点起向后逐点比较刀尖点的实际位置P
a
与各粗插补点之间的距离，对于粗插补点P
n
、P
n
‑1和P
n
‑2，若满足||P
a
P
n
‑2||≥||P
a
P
n
‑1||和||P
a
P
n
||≥||P
a
P
n
‑1||，则驻点P
c
位于粗插补点P
n
‑2和P
n
之间；步骤A3，在局部轨迹段内对粗插补段进行插值重构，采用三次多项式插值，在粗插补点P
n
‑2和P
n
‑1，以及P
n
‑1和P
n
之间进行插值运算，得到粗插补段P
n
‑2P
n
‑1中任意时刻t的位置坐标P
int,n
‑1(t)以及刀轴的方向向量以及粗插补段P
n
‑
1P
n
中任意时刻t的位置坐标P
int,n
(t)以及刀轴的方向向量其中粗插补段P
n
‑1P
n
中任意时刻t的位置坐标P
int,n
(t)以及刀轴的方向向量计算公式如下：其中其中
式中：表示坐标系{P
n
‑1}绕轴线的旋转角度；表示坐标系{P
n
}相对于坐标系{P
n
‑1}的旋转轴线；a
n,i
(i＝0,1,2,3)为多项式系数；P
n
‑1表示粗插补段P
n
‑1P
n
起始点P
n
‑1在参考坐标系中的位置坐标；R
n
‑1表示坐标系{P
n
‑1}相对于参考坐标系的姿态矩阵；v
n
表示粗插补点P
n
的线速度矢量；ω
n
表示粗插补点P
n
处末端刀具的角速度矢量；[ω
n
×
]表示ω
n
的反对称矩阵，对其作同构变换可得到ω
n
；E3表示三阶单位阵；参考坐标系表示在机架上建立的混联机器人的参考坐标系；坐标系{P
n
}表示根据该位置时刀具的参考姿态并以P
n
为原点、以刀具轴线为z
n
轴建立的坐标系；坐标系{P
n
‑1}表示根据该位置时刀具的参考姿态并以P
n
‑1为原点、以刀具轴线为z
n
‑1轴建立的坐标系；步骤A4，采用二分法，由如下刀尖点的实际位置P
a
与驻点P
c
之间的距离公式查找驻点P
c
：式中：||P
a
P
c
||表示刀尖点的实际位置P
a
与驻点P
c
之间的距离；t
n
‑1表示粗插补点P

【专利技术属性】
技术研发人员：刘海涛，原昊，山显雷，肖聚亮，黄田，
申请(专利权)人：天津大学，
类型：发明
国别省市：