【CN110193829A】一种耦合运动学与刚度参数辨识的机器人精度控制方法【专利】

(19)中华人民共和国国家知识产权局
(12)发明专利申请
(10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 201910333688.8
(22)申请日 2019.04.24
(71)申请人 南京航空航天大学
地址 210016 江苏省南京市秦淮区御道街
29号
(72)发明人 田威　焦嘉琛　廖文和　张霖　
李波　刘少睿　花芳芳　
(74)专利代理机构 江苏圣典律师事务所 32237
代理人 贺翔
(51)Int.Cl.
B25J 9/16(2006.01)
(54)发明名称
一种耦合运动学与刚度参数辨识的机器人
精度控制方法
(57)摘要
本发明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。

权利要求书2页 说明书6页 附图2页CN 110193829 A 2019.09.03
C N 110193829
A
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，J a 、J α、J d 、J θ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 -T K θJ -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.根据权利要求1所述的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，所述步骤1中将机器人末端有效作业空间划分为立体网格，采样点同时满足运动学参数辨识和刚度参数辨识的技术需求。

3.根据权利要求1所述的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，所述步骤1中根据作业类型选定机器人绕末端旋转轴向，模拟机器人实际作业姿态。

4.根据权利要求1所述的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，所述步骤2中对机器人各项运动学参数求偏导，建立机器人前端运动学误差源与机器人末端位姿误差的转换关系。

5.根据权利要求1或4所述的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，所述步骤2中的各项运动学参数包括关节连杆长度、关节扭转角、关节偏置距离、关节转角。

6.根据权利要求1所述的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，所述步骤3中利用激光跟踪仪测量安装在机器人法兰盘上的一组靶球位置，来拟合得
权　利　要　求　书1/2页2CN 110193829 A。