(19)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 202210619189.7 (22)申请日 2022.06.01 (71)申请人 浙江大学 地址 310058 浙江省杭州市西湖区余杭塘 路866号 申请人 浙江钱塘机 器人及智能装备研究有 限公司 (72)发明人 郑植　王进　朱军　陆国栋　 (74)专利代理 机构 杭州求是专利事务所有限公 司 33200 专利代理师 万尾甜　韩介梅 (51)Int.Cl. B25J 9/16(2006.01) (54)发明名称 一种基于多源误差建模的工业机器人精度 补偿方法 (57)摘要 本发明公开一种基于多源误差建模的工业 机器人精度补偿方法。 包括： S1.根据工业机器人 构型和设计参数建立理论运动学模型； S2建立机 器人多源误差模型； S3.建立机器人基坐标系与 激光跟踪仪坐标系的转换矩阵； S4.在机器人工 作空间内随机采样， 记录机器人示教器信息与激 光跟踪仪坐标测量值； S5.数据预处理； S6.利用 阻尼迭代最小二乘法求多源误差模型全局收敛 解， 实现对误差参数的辨识； S7.计算机器人 实际 运动学模型参数， 输入控制系统。 本发明全面考 虑影响工业机器人绝对定位精度的多源误差， 包 括连杆误差、 传动误差和关节柔性误差， 对该多 源误差进行精 准建模和辨识， 计算出实际运动学 模型， 从而提高工业机 器人的绝对定位精度。 权利要求书4页 说明书10页 附图3页 CN 114833834 A 2022.08.02 CN 114833834 A 1.一种基于多源误差建模的工业机器人精度补偿方法， 其特征在于该方法考虑影响工 业机器人绝对定位精度的多源误差， 包括连杆误差、 传动误差和关节柔性误差， 并对该多源 误差进行精准建模和 辨识， 计算出工业机器人 的实际运动学模型， 从而提高工业机器人 的 绝对定位精度， 具体包括以下步骤： 步骤S1.根据工业机器人构型和设计参数建立机器人理论 运动学模型； 步骤S2.针对连 杆误差、 传动误差和关节柔 性误差建立机器人多源误差模型； 步骤S3.建立机器人基坐标系与激光跟踪仪坐标系的转换矩阵； 步骤S4.在机器人工作空间内随机采样， 记录机器人示教器信息与激光跟踪仪坐标测 量值； 步骤S5.数据预处理： 根据步骤S3的转换矩阵和步骤S4的机器人示教器信息与激光跟 踪仪坐标测量 值， 得到采样点各关节齿轮转动方向； 步骤S6.结合步骤S2的误差模型和步骤S5的采样点各关节齿轮转动方向、 采样点坐标 值， 利用阻尼迭代 最小二乘法求多源误差模型全局收敛解， 实现对误差参数的辨识， 得到误 差参数； 步骤S7.计算机器人实际运动学模型参数， 输入到控制系统， 实现工业机器人绝对定位 精度的提高。 2.如权利要求1所述的一种基于多源误差建模的工业机器人精度补偿方法， 其特征在 于， 所述步骤S1具体包括： S11.根据工业机器人构型和原始设计参数获得各连杆参数值， 所述连杆参数值包括关 节转角 θi、 连杆偏置di、 关节扭角 αi‑1及连杆长度ai‑1， 其中的i为关节编号； 然后根据坐标系 建立方法， 在每个 关节上建立坐标系： 基于D H模型法， 关节 i‑1上的连杆坐标系 {i‑1}与关节 i上的连杆坐标系{i}通过绕xi轴与zi轴的旋转和平 移来描述， 用矩阵表示 为： 式(1)中， Rot 表示旋转变换， Trans表示平 移变换； 具体为： 1)Rot(xi‑1， αi‑1)： 连杆坐标系{i ‑1}绕xi‑1轴旋转αi‑1角， 得到坐标系{i ‑1}′； 2)Trans(xi‑1， ai‑1)： 坐标系{i ‑1}′沿xi‑1轴移动ai‑1， 得到坐标系{i ‑1}″； 3)Rot(zi， θi)： 坐标系{i ‑1}″绕zi轴旋转θi角， 得到坐标系{i ‑1}″ ′； 4)Trans(zi， di)： 坐标系{i ‑1}″ ′沿zi轴移动di， 得到连杆坐标系{i}； 将旋转变换与平 移变换的变换矩阵代入式(1)， 得到： 式(2)中， cθi表示cosθi， sθi表示sinθi， cαi表示cosαi， sαi表示sinαi， 后文含义相同； 基于MD‑H模型法引入一个绕yi轴的转角 βi， 此时相邻连 杆间的坐标变换式(1)变为：权　利　要　求　书 1/4 页 2 CN 114833834 A 2S12.将相邻连杆的变换矩阵依次相乘， 获得N关节工业机器人末端执行器坐标系{ N}相 对于基坐标系{0}的变换矩阵 该变换矩阵即为机器人理论 运动学模型， 即： 式(4)中， 根据矩阵连乘的原则依次从坐标系0转换到坐标系N， 表示第i‑1个坐标系 到第i个坐标系的变换矩阵， 表示坐标系{ 0}到{N}的旋转矩阵， 表示坐标系{ 0}到{N} 的平移矩阵， N取值大于等于1。 3.如权利要求1所述的一种基于多源误差建模的工业机器人精度补偿方法， 其特征在 于， 所述步骤S2具体包括： S21.工业机器人加工和装配引起连杆参数存在误差时， 相邻连杆间实际的变换矩阵由 变为 其中微分误差量 写为： 式(5)中， Δθi、 Δdi、 Δai‑1、 Δαi‑1、 Δβi表示各连杆参数误差值， 其中Δθi为连杆转角误 差、 Δdi为连杆偏 置误差、 Δai‑1为连杆杆长误差、 Δαi‑1为连杆扭角误差， Δβi为绕yi轴的转 角βi误差； 其中各连杆参数微分误差分别定义为变换矩阵 对关节转角 θi、 连杆偏置di、 关 节 扭 角αi‑1、连 杆 长 度 ai‑1及 绕 yi轴 的 转 角βi的 偏 导 数 运 算 ： 为变换矩阵对连杆转角的偏 导数， 为变换矩阵对连杆偏置的偏导数， 为变换矩阵对连杆杆长的偏导数， 为变换矩阵对连 杆扭角的偏导数， 为变换矩阵对绕yi轴的转角 βi的偏导数； S22.针对每 个关节建立包 含传动比与齿轮背隙误差的关节角度模型： θi‑s＝θi+kifi+riθi           (6) 式(6)中， θi‑s表示关节i的转动实际值； θi表示关节i的转动理论值； ki表示关节i的齿轮 背隙； fi表示关节i的齿轮转动方向； ri表示关节i的传动比系数； 简化式(6)可 得： Δθi＝kifi+riθi           (7) 式(7)中， Δθi定义为关节i处的传动转角误差； S23.工业机器人柔度关节始终受到自重的等效作用力影响， 使得机器人关节产生角度 偏差， 产生的柔度误差与机器人的末端位姿误差相互耦合， 关节柔度变形表示 为：权　利　要　求　书 2/4 页 3 CN 114833834 A 3