[发明专利]一种基于六自由度串联机械臂提高绝对定位精度的方法

说明书

本发明涉及自适应控制领域，具体涉及一种基于六自由度串联机械臂提高绝对定位精度的方法，首先通过激光跟踪仪获取末端靶点信息和预处理进行机械臂与激光跟踪仪之间的坐标转换；然后运用李群李代数建立机械臂的指数积模型与序列二次规划算法求全局最小值的方法相融合，对机械臂关节参数偏差所产生的末端几何误差进行补偿；最后通过激光跟踪仪获取到的实际点位和指数积模型求解运动学逆解，用高斯过程回归算法进行模型训练，对非几何运动误差进行补偿预测，将预测出的补偿后的角度值输入到示教器。本发明能够更加精确的计算出机械臂的实际运动学模型参数，并减小末端点位误差以实现提高机械臂绝对定位精度。

技术领域

本发明涉及自适应控制领域，具体涉及一种基于六自由度串联机械臂提高绝对定位精度的方法。

技术背景

机械臂末端位置误差补偿问题由于其在多个学科领域，如数值计算、自适应控制、凸优化、智能夹取与装配等，所具有的潜在应用前景和价值而吸引了越来越多的研究兴趣。机械臂因为运动学模型参数不精确，装配误差，关节轴零位位置偏差等各种因素，造成机械臂末端名义点位与实际点位偏差过大，这给进一步的机械臂运动控制带来了更多挑战。因此，多种机械臂末端位置补偿方法已经用于机械臂末端绝对定位精度提高中，例如激光跟踪仪在线实时反馈系统、计算机视觉辅助系统、触及信息反馈系统等。然而，诸多未知的、不确定的影响因素，包括电机齿轮的磨损、关节轴间隙误差、结构不匹配、外部干扰和噪声等，通常都存在于非线性的误差源中。这些不确定性会导致仅仅通过几何误差补偿无法进一步提高精度，影响并限制机械臂进行高精度作业任务。因此，机械臂末端绝对定位精度提高即末端位置误差补偿问题被强烈激发出来。如何通过激光跟踪仪进行机械臂运动学参数标定和非几何误差补偿，进一步提高机械臂绝对定位精度，对于实际的复杂工程应用和高端技术研发具有很大意义。

发明内容

为了解决现有技术中存在的上述提到的技术问题，本发明对机械臂末端绝对定位精度较低情况，设计了一种基于六自由度串联机械臂提高绝对定位精度的方法，该方法在参数辨识中将关节轴零位偏差放入非几何误差补偿部分，可以降低参数辨识的维度，同时把剩余的末端点位误差映射到关节角度进行补偿，进一步提高机械臂末端绝对定位精度，其具体技术方案如下：

一种基于六自由度串联机械臂提高绝对定位精度的方法，包括如下步骤：

S1.首先构建机械臂与激光跟踪仪坐标转换矩阵：通过激光跟踪仪获取末端靶点信息和预处理进行机械臂与激光跟踪仪之间的坐标转换；

S2.设计机械臂运动学参数辨识方法：运用李群李代数建立机械臂的指数积模型与序列二次规划算法求全局最小值的方法相融合，对机械臂关节参数偏差所产生的末端几何误差进行补偿；

S3.设计高斯过程回归模型并训练得到补偿角度：通过激光跟踪仪获取到的实际点位和指数积模型求解运动学逆解，对非几何运动误差进行补偿，获取到示教器的角度值和运动学逆解求出的角度值，用高斯过程回归算法进行模型训练，使得模型通过输入目标角度，得到补偿后的角度值，最后将预测出的补偿后的角度值输入到示教器。

进一步的，所述步骤S1具体包括：

机械臂末端标定及将激光跟踪仪坐标系下测得坐标，转换为机械臂坐标系下坐标，通过转动机械臂的1轴和5轴提前计算出1轴和5轴的实际杆长，设计坐标系转换表达式为：

p₀+p₁·x+p₂·y+z＝0 (1)