CN107704660A - 一种用于工业机器人的误差补偿方法 - Google Patents
一种用于工业机器人的误差补偿方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN107704660A CN107704660A CN201710811069.6A CN201710811069A CN107704660A CN 107704660 A CN107704660 A CN 107704660A CN 201710811069 A CN201710811069 A CN 201710811069A CN 107704660 A CN107704660 A CN 107704660A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- robot
- error
- discrete location
- movement locus
- track
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
- G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
- G06F30/00—Computer-aided design [CAD]
- G06F30/10—Geometric CAD
- G06F30/17—Mechanical parametric or variational design
-
- G—PHYSICS
- G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
- G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
- G06F30/00—Computer-aided design [CAD]
- G06F30/20—Design optimisation, verification or simulation
-
- G—PHYSICS
- G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
- G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
- G06F2119/00—Details relating to the type or aim of the analysis or the optimisation
- G06F2119/06—Power analysis or power optimisation
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Geometry (AREA)
- Theoretical Computer Science (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Evolutionary Computation (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Pure & Applied Mathematics (AREA)
- Mathematical Optimization (AREA)
- Mathematical Analysis (AREA)
- Computational Mathematics (AREA)
- Manipulator (AREA)
Abstract
本发明公开了一种用于工业机器人的误差补偿方法,属于工业机器人在机加工中的应用技术领域,用于工业机器人的零件铣削加工、大型件的焊接等加工工艺中。本发明通过综合考虑工业机器人在应用过程中的自身重力、所受外力以及动态惯性力,在刚度模型的基础上,根据机器人末端的弹性误差,改变机器人关节的位移输入量,使机器人末端的实际运动轨迹与所需的运动轨迹之间的误差缩小到加工要求的范围内,使两种轨迹无限趋近于重合。本发明的误差补偿方法可提高机械加工的精度和质量,降低误差补偿的成本,具有补偿方法简易的优势。
Description
技术领域
本发明属于工业机器人在机加工中的应用技术领域,尤其是一种用于工业机器人的误差补偿方法。
背景技术
工业机器人作为自动化装备,由于其本身较高的重复精度和操作稳定性,已经广泛应用于造船、汽车、航空等工业领域。在铣削、焊接等加工工艺过程中,往往通过预先设定机器人的运动轨迹以实现零件加工和焊缝融合等,但由于机器人本身的重力、惯性力以及所受负载的影响,机器人的末端将产生弹性误差,即使得机器人的实际轨迹将偏离预定轨迹,降低加工质量,因而机器人基于运动学的运动控制已不再适用于任务要求。
针对弹性变形引起的误差,一种方法是通过标定实现误差补偿,但这种方法通常需要实验测量造成时间和经济成本的增加。另外一种方法则是通过修正机器人本身控制***来实现误差补偿,但由于机器人的控制***及零部件为涉密产品,此类方法需要专业的机器人生产商来实现,对于一般用户也难以实现。
发明内容
本发明要解决的技术问题是建立一种简单高效、易操作、低成本的工业机器人误差补偿方法,以提高机械加工和产品质量。
本发明的技术方案:
一种用于工业机器人的误差补偿方法,步骤如下:
(1)根据应用要求,获取机器人末端执行器的预定要求轨迹的离散位置p;
(2)建立机器人的运动学参数化模型,包括运动学正逆解、雅可比(Jacobian)矩阵和海森(Hessian)矩阵;根据机器人的关节刚度,结合雅可比矩阵和保守刚度转换理论,建立机器人受重力、惯性力和外力的刚度矩阵K;在运动学和刚度基础上,建立机器人的动力学模型;
(3)根据机器人的动力学模型,计算机器人末端执行器在预定轨迹上离散位置p所受合力f;
(4)利用刚度矩阵K的逆矩阵(柔顺矩阵)K-1,计算机器人末端执行器在受合力f作用下,产生的位置误差δt=K-1f;
(5)根据位置误差δt,对预定要求轨迹的离散位置p进行修正,生成机器人在承受负载下的运动轨迹离散位置pf=p-δt;
(6)重新计算在新生成的运动轨迹离散位置pf上的刚度矩阵Kf、所受合力ff和位置误差
(7)在新生成的运动轨迹离散位置pf及位置误差δtf的基础上,计算机器人在负载作用下,实际的运动轨迹的离散位置pc=pf+δtf;
(8)计算实际轨迹的离散位置pc与预定要求轨迹的离散位置p之间的离散误差δp=||pc-p||;
(9)判断机器人的离散误差δp与使用要求下可接受误差ε的大小,若实际离散误差δp不大于可接受误差ε,即||pc-p||≤ε,则将pf作为机器人应用过程中的实际运动控制轨迹,将此运动轨迹导入运动控制***,解算机器人的关节输入角位移;
(10)若不满足上述条件||pc-p||≤ε,则继续修正运动轨迹,采用位置修正公式p’=p+λ(p-pc),其中,λ为的δtf中元素的绝对值最大值与其模量比值,即λ=max{δtf}/||δtf||;
(11)将生成的轨迹离散位置带入误差补偿过程,重复步骤(2)-(9),重复迭代更新计算过程,直至实际离散误差达到要求,最终解算机器人的关节输入角位移。
本发明的有益效果:本发明的误差补偿方法高效、易操作、低成本,只通过修正机器人的运动轨迹即可实现误差的补偿。
附图说明
图1为本发明方法的流程图。
图中:p为机器人末端执行器预定要求轨迹的离散位置,K为全局坐标下的刚度矩阵,f为末端执行器所受合力,δt为受力f作用下产生的位置误差,pf为考虑误差后的修正轨迹,Kf为新生成的运动轨迹离散位置上的刚度矩阵,δtf为对应的位置误差,pc为机器人实际的运动轨迹,ε为使用要求下的可接受误差,p’为采用位置修正公式后产生的轨迹。
具体实施方式
以下结合附图和技术方案,进一步说明本发明的具体实施方式。
根据应用要求,获取机器人末端执行器的预定要求轨迹的离散位置p;
根据机器人的结构参数和轨迹位置,建立机器人的运动学参数化模型,包括运动学正逆解、雅可比矩阵、海森矩阵;根据机器人的关节刚度,结合雅可比矩阵和保守刚度转换理论,建立机器人受重力、惯性力和外力的刚度矩阵K;在运动学和刚度基础上,建立机器人的动力学模型;
考虑机器人的自身重力、负载、所受外力,计算机器人末端执行器所受外力的合力f;在刚度模型基础上,利用刚度矩阵K的逆矩阵(柔顺矩阵)K-1,计算机器人末端执行器在受力f作用下产生的位置误差δt=K-1f;
根据上一步的误差δt,将误差和名义运动轨迹叠加,对预定要求轨迹p进行修正,生成机器人在承受负载下的运动轨迹离散位置pf=p-δt;
重新计算在新生成的运动轨迹离散位置上的刚度矩阵Kf、所受合力ff和位置误差
在修正的运动轨迹pf及位置误差δtf基础上,将负载下更新的运动轨迹离散位置和位置误差叠加,计算机器人在负载作用下实际的运动轨迹离散位置pc=pf+δtf;
计算实际轨迹pc与预定要求轨迹p之间的离散误差δp=||pc-p||,判断机器人的实际位置误差δp与使用要求下可接受误差ε的大小是否可接受;
若实际位置误差小于可接受误差,即||pc-p||≤ε,则将pf作为机器人应用过程中的实际运动控制轨迹,选取此运动轨迹导入运动控制***,解算机器人的关节输入角位移;若误差较大,不满足要求,继续修正运动轨迹,重复迭代更新计算过程,直至误差达到要求。
Claims (1)
1.一种用于工业机器人的误差补偿方法,其特征在于,步骤如下:
(1)根据应用要求,获取机器人末端执行器的预定要求轨迹的离散位置p;
(2)建立机器人的运动学参数化模型,包括运动学正逆解、雅可比矩阵和海森矩阵;根据机器人的关节刚度,结合雅可比矩阵和保守刚度转换理论,建立机器人受重力、惯性力和外力的刚度矩阵K;在运动学和刚度基础上,建立机器人的动力学模型;
(3)根据机器人的动力学模型,计算机器人末端执行器在预定轨迹上离散位置p所受合力f;
(4)利用刚度矩阵K的逆矩阵K-1,计算机器人末端执行器在受合力f作用下,产生的位置误差δt=K-1f;
(5)根据位置误差δt,对预定要求轨迹的离散位置p进行修正,生成机器人在承受负载下的运动轨迹离散位置pf=p-δt;
(6)重新计算在新生成的运动轨迹离散位置pf上的刚度矩阵Kf、所受合力ff和位置误差
(7)在新生成的运动轨迹离散位置pf及位置误差δtf的基础上,计算机器人在负载作用下,实际的运动轨迹的离散位置pc=pf+δtf;
(8)计算实际轨迹的离散位置pc与预定要求轨迹的离散位置p之间的离散误差δp=||pc-p||;
(9)判断机器人的离散误差δp与使用要求下可接受误差ε的大小,若实际离散误差δp不大于可接受误差ε,即||pc-p||≤ε,则将pf作为机器人应用过程中的实际运动控制轨迹,将此运动轨迹导入运动控制***,解算机器人的关节输入角位移;
(10)若不满足上述条件||pc-p||≤ε,则继续修正运动轨迹,采用位置修正公式p’=p+λ(p-pc),其中,λ为的δtf中元素的绝对值最大值与其模量比值,即λ=max{δtf}/||δtf||;
(11)将生成的轨迹离散位置带入误差补偿过程,重复步骤(2)-(9),重复迭代更新计算过程,直至实际离散误差达到要求,最终解算机器人的关节输入角位移。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN201710811069.6A CN107704660B (zh) | 2017-09-12 | 2017-09-12 | 一种用于工业机器人的误差补偿方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN201710811069.6A CN107704660B (zh) | 2017-09-12 | 2017-09-12 | 一种用于工业机器人的误差补偿方法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
CN107704660A true CN107704660A (zh) | 2018-02-16 |
CN107704660B CN107704660B (zh) | 2021-01-19 |
Family
ID=61172410
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
CN201710811069.6A Expired - Fee Related CN107704660B (zh) | 2017-09-12 | 2017-09-12 | 一种用于工业机器人的误差补偿方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
CN (1) | CN107704660B (zh) |
Cited By (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN109986558A (zh) * | 2019-02-26 | 2019-07-09 | 浙江树人学院(浙江树人大学) | 基于误差补偿的工业机器人运动控制方法 |
CN110053051A (zh) * | 2019-04-30 | 2019-07-26 | 杭州亿恒科技有限公司 | 工业串联机器人关节刚度系数辨识方法 |
CN110181509A (zh) * | 2019-05-14 | 2019-08-30 | 浙江树人学院(浙江树人大学) | 一种基于误差补偿的工业机器人运动控制方法 |
CN110276296A (zh) * | 2019-06-21 | 2019-09-24 | 新疆大学 | 一种基于图像处理的结构光焊缝识别方法 |
CN110962124A (zh) * | 2019-12-05 | 2020-04-07 | 齐鲁工业大学 | 切削加工机器人静态误差补偿与动刚度模型的修正方法 |
CN111037542A (zh) * | 2019-12-31 | 2020-04-21 | 华中科技大学 | 一种逆动力学控制机器人直线加工的轨迹误差补偿方法 |
CN111168675A (zh) * | 2020-01-08 | 2020-05-19 | 北京航空航天大学 | 一种家用服务机器人的机械臂动态避障运动规划方法 |
CN113146630A (zh) * | 2021-04-19 | 2021-07-23 | 华南理工大学 | 工业机器人铣削加工误差补偿方法、***、装置及介质 |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2001016775A (ja) * | 1999-06-24 | 2001-01-19 | Takeo Kawamura | 非線形計画法による最適潮流計算システム |
CN101707373A (zh) * | 2009-11-20 | 2010-05-12 | 河海大学 | 基于自动微分的电力***状态估计方法 |
US20110246140A1 (en) * | 2010-03-31 | 2011-10-06 | Schlumberger Technology Corporation | Data set inversion using source-receiver compression |
CN105759207A (zh) * | 2016-05-06 | 2016-07-13 | 上海海事大学 | 一种基于m-ekf算法的海流发电机绝缘***故障检测方法 |
-
2017
- 2017-09-12 CN CN201710811069.6A patent/CN107704660B/zh not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2001016775A (ja) * | 1999-06-24 | 2001-01-19 | Takeo Kawamura | 非線形計画法による最適潮流計算システム |
CN101707373A (zh) * | 2009-11-20 | 2010-05-12 | 河海大学 | 基于自动微分的电力***状态估计方法 |
US20110246140A1 (en) * | 2010-03-31 | 2011-10-06 | Schlumberger Technology Corporation | Data set inversion using source-receiver compression |
CN105759207A (zh) * | 2016-05-06 | 2016-07-13 | 上海海事大学 | 一种基于m-ekf算法的海流发电机绝缘***故障检测方法 |
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
ANATOL PASHKEVICH等: "Enhanced stiffness modeling of manipulators with passive joints", 《MECHANISM AND MACHINE THEORY》 * |
Cited By (12)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN109986558A (zh) * | 2019-02-26 | 2019-07-09 | 浙江树人学院(浙江树人大学) | 基于误差补偿的工业机器人运动控制方法 |
CN110053051A (zh) * | 2019-04-30 | 2019-07-26 | 杭州亿恒科技有限公司 | 工业串联机器人关节刚度系数辨识方法 |
CN110181509A (zh) * | 2019-05-14 | 2019-08-30 | 浙江树人学院(浙江树人大学) | 一种基于误差补偿的工业机器人运动控制方法 |
CN110276296A (zh) * | 2019-06-21 | 2019-09-24 | 新疆大学 | 一种基于图像处理的结构光焊缝识别方法 |
CN110276296B (zh) * | 2019-06-21 | 2023-04-28 | 新疆大学 | 一种基于图像处理的结构光焊缝识别方法 |
CN110962124A (zh) * | 2019-12-05 | 2020-04-07 | 齐鲁工业大学 | 切削加工机器人静态误差补偿与动刚度模型的修正方法 |
CN110962124B (zh) * | 2019-12-05 | 2022-12-27 | 齐鲁工业大学 | 切削加工机器人静态误差补偿与动刚度模型的修正方法 |
CN111037542A (zh) * | 2019-12-31 | 2020-04-21 | 华中科技大学 | 一种逆动力学控制机器人直线加工的轨迹误差补偿方法 |
CN111168675A (zh) * | 2020-01-08 | 2020-05-19 | 北京航空航天大学 | 一种家用服务机器人的机械臂动态避障运动规划方法 |
CN111168675B (zh) * | 2020-01-08 | 2021-09-03 | 北京航空航天大学 | 一种家用服务机器人的机械臂动态避障运动规划方法 |
CN113146630A (zh) * | 2021-04-19 | 2021-07-23 | 华南理工大学 | 工业机器人铣削加工误差补偿方法、***、装置及介质 |
CN113146630B (zh) * | 2021-04-19 | 2023-10-20 | 华南理工大学 | 工业机器人铣削加工误差补偿方法、***、装置及介质 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
CN107704660B (zh) | 2021-01-19 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN107704660A (zh) | 一种用于工业机器人的误差补偿方法 | |
CN109746915B (zh) | 一种提升工业机器人绝对定位精度的运动学方法 | |
CN107838920A (zh) | 一种机器人打磨力控制***和方法 | |
CN105312632A (zh) | 将工具按压至工件来进行作业的机器人的控制装置 | |
CN103454961B (zh) | 具有修正滚珠丝杠的伸缩量的功能的伺服控制装置 | |
CN101947789B (zh) | 用于操作机械手的方法及装置 | |
JP2008296310A (ja) | 加工ロボットの制御装置 | |
US8781628B2 (en) | Walking robot and control method thereof | |
CN103692433A (zh) | 可模型解耦的三臂杆五自由度平移焊接机器人及其解耦方法 | |
CN108508906B (zh) | 户外环境下的多足机器人双边触觉遥操作***及控制方法 | |
CN107479497A (zh) | 一种五轴加工轨迹轮廓误差双闭环补偿方法 | |
CN108274472B (zh) | 一种工业机器人加工工艺自适应的空间运动方法 | |
JP2010231575A (ja) | ロボットのオフライン教示装置、ロボットのオフライン教示方法、及びロボットシステム | |
CN207724306U (zh) | 一种机器人打磨力控制*** | |
CN106573334A (zh) | 摩擦搅拌接合装置、摩擦搅拌接合***及摩擦搅拌接合方法 | |
CN106607901A (zh) | 一种3自由度气动串联机械手的关节控制器 | |
CN110900613A (zh) | 一种面向移动机器人的不停车控制方法及*** | |
Wanner et al. | Tool-center-point control of a flexible link concrete pump with hydraulic limitations using quadratic programming | |
CN110561427B (zh) | 一种基于补偿的串联弹性驱动器柔顺控制***及方法 | |
CN107009360A (zh) | 一种六轴多关节工业机器人的校准装置及方法 | |
Yang et al. | A novel approach to robotic grinding guaranteeing profile accuracy using rigid-flexible coupling force control for free-formed surfaces | |
CN110347162A (zh) | 一种工业机器人路径自动修正的方法及*** | |
CN105415363A (zh) | 位移装置、机器人及机器人奇异点处理方法 | |
Zhang et al. | An Adaptive Robust Controller for Hydraulic Robotic Manipulators with a Flow-Mapping Compensator | |
CN112975960B (zh) | 一种机器人末端精细控制模型的建立与参数校准方法 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
PB01 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
GR01 | Patent grant | ||
GR01 | Patent grant | ||
CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20210119 Termination date: 20210912 |
|
CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |