[发明专利]一种动态补偿机器人直线导轨运动误差的方法

说明书

本发明公开了一种动态补偿机器人直线导轨运动误差的方法，包括：S10、基于运动学方程，得到机器人当前时刻的状态向量估计值与其上一时刻的状态向量最优值之间的关系式，以及该两者的协方差的关系式；S20、在直线导轨上安装位移传感器，获得机器人的实际位移值及其协方差；S30、将当前时刻机器人的状态向量估计值及其协方差、实际位移值及其协方差代入卡尔曼滤波算法中，得到当前时刻的状态向量最优值；S40、将当前时刻的状态向量最优值作为S10中机器人上一时刻的状态向量最优值，重复上述步骤，进行迭代，得到机器人最终时刻的精确位置；S50、将最终时刻的精确位置与理论位置作差补偿。本发明可以动态补偿机器人的运动误差。

技术领域

本发明属于工业机器人自动化作业技术领域，具体涉及一种动态补偿机器人直线导轨运动误差的方法。

背景技术

多机器人协同作业是提升高铁白车身、新能源客车车体、船舶等大型复杂构件焊接、磨抛、喷涂等作业效率的先进技术。在制造这类大型复杂构件时，由于机器人自身活动空间的限制，必须加装用于扩大机器人作业范围的直线导轨，这个过程不可避免地引入了直线导轨的运动误差，例如，由于运动惯性，机器人减速停止时的位置与预期位置之间会产生偏差，进而限制机器人作业精度。

为了避免上述误差造成的不良影响，需在机器人作业过程中对已经产生的位置误差进行修正和补偿，以提高工件作业质量。现有的直线导轨误差补偿方法大都只考虑单一位移因素，片面依靠且过度信任传感器的测量值，没有分析速度和加速度等状态量对直线导轨产生的误差造成的影响，且采用采样点测量位移信息，因此，得到的误差补偿信息是离散的、静态的、单一的，在直线导轨运动时并不能精确预测直线导轨在任意位置时的误差修正量，存在一定的局限性。

发明内容

本发明的目的在于提供一种动态补偿机器人直线导轨运动误差的方法，它可以实时计算机器人任意时刻下的精确速度和位置信息，并将机器人的位置误差量反馈到机器人控制器当中，以修正机器人在直线导轨上运动的误差。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

提供一种动态补偿机器人直线导轨运动误差的方法，包括以下步骤：

S10、先验估算：基于运动学方程，得到机器人当前时刻在直线导轨上的状态向量估计值与其上一时刻在直线导轨上的状态向量最优值之间的关系式，以及该两者的协方差的关系式；

S20、后验估算：在机器人直线导轨上安装并标定位移传感器，所述位移传感器实时采集机器人在直线导轨上的实际位移值，并根据位移传感器的精度计算得到位移传感器每一时刻实际位移值的协方差；

S30、将S10中机器人当前时刻在直线导轨上的状态向量估计值及其协方差、S20采集到的机器人当前时刻在直线导轨上的实际位移值及其协方差代入卡尔曼滤波算法中，计算得到机器人当前时刻在直线导轨上的状态向量最优值；

S40、将S30中得到的机器人当前时刻在直线导轨上的状态向量最优值作为S10中机器人上一时刻在直线导轨上的状态向量最优值，重复步骤S10-S30，进行迭代，直至计算完成，得到机器人最终时刻在直线导轨上的精确位置；

S50、将S40中机器人最终时刻在直线导轨上的精确位置与预计到达的理论位置作差，进行误差补偿，使机器人达到理论位置。

本发明产生的有益效果是：由于运动惯性，机器人减速停止时的位置与预期位置之间存在偏差，进而限制机器人作业精度，由于观测误差，位移传感器测得的机器人位置同样不是完全真实的，因此本发明在直线导轨上安装位移传感器，并结合传统运动学方程的计算值和位置传感器的测量值，应用卡尔曼滤波算法，对直线导轨的误差进行动态补偿，修正机器人在直线导轨上的运动误差，使其达到统计学意义下的最小误差，能有效提升机器人作业质量与效率；同时，通过位移传感器弥补了直线导轨自身精度的不足，故在直线导轨的采购上，可以降低成本。