[发明专利]一种Stewart型并联机器人运动学标定方法

说明书

本发明涉及一种Stewart型并联机器人运动学标定方法，通过坐标系建立规则实现模型简化，得到最小化待辨识参数集，并进而得到并联机器人的非线性运动学模型。通过任意固定测量设备和任意固定三个靶点，并且将机器人固定平台相对测量坐标系的位姿和靶点相对机器人动平台坐标系的位置等作为待辨识参数，实现测量过程的简单易操作。将并联机器人运动学模型与测量过程模型合并获得整个标定系统的非线性辨识模型。将非线性方程组的求解问题转化为非线性优化问题进行求解。本发明的Stewart型并联机器人运动学标定方法实现了完整最小参数集建模，标定模型更加简单，基于非线性优化的思路直接求解机器人真实参数，具有操作简单，用户接口友好，实用性强。

技术领域

本发明属于先进制造与自动化技术领域，涉及一种机器人标定方法，具体地说是一种Stewart型并联机器人运动学标定方法。

技术背景

并联机器人作为一种多环闭链机构，具有高负载、高刚度、高速度等优点，在运动模拟、加工制造、高速装配等领域得到较好的应用。尤其是在对精度和刚度要求较高的加工领域，并联机构常常被用于构建并联机床。并联机构虽然工作空间较小，但是相较于串联机构，并联机构不存在关节误差累积，精度相对较高。尽管如此，人们还是希望能够进一步提高其精度，来满足更精密的加工需求。根据并联机构的结构特点，各分支与上、下平台之间连接结点较为分散，且连接方式多为二自由度和三自由度的虎克铰链或球铰链，若要精确获得用以标记结点位置的铰链中心点还是存在一定困难的。另外，分支连杆的轴线与上下结点连线也不完全一致，有时偏差较大。这些因素都会对机器人作业精度产生一定影响。

Stewart型并联机构作为一种经典的机器人机构形式，近年来得到了较为广泛的应用，已经有相应的工业产品出现。与此同时，用于改善Stewart型并联机器人的标定方法也被人们不断提出并研究。通过辨识结点位置误差并进行补偿，来达到提高机器人精度的目的。传统标定方法在对并联机器人误差建模时，往往没有考虑误差存在对建模的影响，通常沿用传统运动学建模方法规定坐标系建立模型，进而通过对运动学模型进行微分运算获得并联机器人误差模型。而且求解过程中需要反复迭代修正微分点，这也导致不仅标定过程复杂，且对精度及收敛性均由影响。另外，现有的方法往往忽略分支运动方向与结点连线的偏差。针对这一情况，结合实际需求，提出一种简单实用的并联机器人标定方法具有重要的实用价值。

发明内容

针对并联机器人各分支与上、下平台连接点位置不准确，及存在分支运动方向与结点连线的偏差，无法获得准确运动学模型的问题，本发明要解决的技术问题是以Stewart型并联机构为对象，提供一种简单实用的并联机器人标定方法。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：

一种Stewart型并联机器人运动学标定方法，包括以下步骤：

建立Stewart型并联机器人坐标系；

确定待辨识的机器人参数，建立标定系统模型；

对标定系统模型求解，得到辨识的机器人参数，实现机器人运动学标定。

所述建立Stewart型并联机器人坐标系包括以下步骤：

下平台的固定坐标系O_A-X_AY_AZ_A按如下方法建立：取下平台的6个分支连接点中的三个点A₁、A₂、A₃，令O_AX_AY_A平面与三点所构成的平面重合，Z_A轴垂直该平面，方向向上；然后取X_A轴过三点中任意两点间线段的中点；坐标原点的位置使A₁点与原点的距离等于A_i分布圆周半径名义值R_A；