[发明专利]一种齿轮齿条式四自由度并联机器人的零点标定方法

权利要求书

1.一种齿轮齿条式四自由度并联机器人的零点标定方法，其特征为，采用如下步骤：

一)安装码盘：在动平台末端执行器旋转轴上安装一个码盘，用于测量末端转角信息；

二)建立静平台坐标系：建立静平台坐标系O-XYZ，坐标系原点位于静平台中心点；

三)建立标定坐标系：建立标定坐标系o-xyz，坐标系原点o位于设计工作空间的中心；

四)建立从动杆末端位置矢量表达式：建立四组从动杆末端中心位置P在标定坐标系中的任一位置矢量表达式，在此基础上建立末端位置误差与零点误差的数学关系式；

五)构建误差辨识模型：将机器人末端平台中心位置O`移动到工作空间任一位置O`₁,此时末端执行器齿条相对于齿轮错动距离为s₁，码盘转角读数η₁，保持动平台中心位置不变，使错动距离变为s_j，并记录错动后码盘转角读数η_j，以第一条支链为例，P₁点在o-xyz中坐标为根据测量信息得P₁点在o-xyz中坐标依据和构造任意两测点间平移距离误差模型；

六)误差补偿：将辨识出的零点误差补偿到系统输入中，完成零点标定。

2.根据权利要求1所述的一种齿轮齿条式四自由度并联机器人的零点标定方法，其特征在于：所述步骤四)中平行四边形从动杆末端中心位置P在标定坐标系中的位置矢量可表示为：

r_i＝a_i+l₁u_i+l₂w_i (1)

式(1)中，a_i为主动臂转动副轴线中点A_i在标定坐标系中的位置矢量，l₁，l₂分别为支链i主动臂和从动臂的杆长，u_i，w_i为支链i主动臂和从动臂单位矢量，i(i＝1，2，3，4)；

u_i＝(cosβ_icosθ_i,sinβ_icosθ_i,-sinθ_i)^T (2)

式(2)中，β_i为静平台结构角，θ_i为主动臂转角值；

对矢量表达式(1)和(2)做一阶摄动并线性化，得出：

Δr_i＝l₁Δu_i+l₂Δw_i (3)

式(3)中，Δu_i,Δw_i分别为支链i主动臂和从动臂单位矢量的误差，整理得出：

Δr_i＝JΔθ_i (4)

式(4)中J＝[w_i0^T]^-1l₁w_i0^TC_i，C_i＝Rot(β_i-π/2,Z)Q_xRot(-θ_i0,x_i)e₂，θ_i0为主动臂转角的名义值，过渡系O_i-x_iy_iz_i由静坐标系O-XYZ绕Z轴旋转β_i得到，e₂＝(0,1,0)^T，

3.根据权利要求2所述的一种齿轮齿条式四自由度并联机器人的零点标定方法，其特征在于：步骤五)的错动前P₁点在o-xyz中坐标为错动后P₁点在o-xyz中移动的距离表示为：S_j＝{[(r_1sj+Δr_1sj)-(r_1s1+Δr_1s1)]^T[(r_1sj+Δr_1sj)-(r_1s1+Δr_1s1)]}^1/2；

根据码盘实际测量读数，错动前P₁点o-xyz中坐标为错动后P₁点在o-xyz中移动的实测距离表示为：L_j＝{[(r_1lj+Δr_1lj)-(r_1l1+Δr_1l1)]^T[(r_1lj+Δr_1lj)-(r_1l1+Δr_1l1)]}^1/2；

构造任意两测点间齿轮齿条错动距离误差函数为：

结合误差映射模型表达式，写出求解Δθ₁的公式，其余三条支链的计算原理与上述运算过程相同，故而根据距离误差函数可得出Δθ₁至Δθ₄，测试次数n依精度要求选择。