CN111300432B - 一种工业机器人六维刚度误差补偿系统及其补偿方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种工业机器人六维刚度误差补偿系统及其补偿方法，系统包括负载测量装置和激光跟踪仪；负载测量装置固定在工业机器人的末端，包括转接板、六维力传感器、X轴加载装置、Y轴加载装置、Z轴加载装置和靶球；转接板与工业机器人的末端法兰盘固定连接；六维力传感器固定在转接板上；X轴加载装置前端固定在六维力传感器上；Y轴加载装置设置在X轴加载装置上；Z轴加载装置设置在Y轴加载装置上；Y轴加载装置和Z轴加载装置均具有砝码，砝码可设置在其长度方向上的任意位置处；靶球固定设置在转接板上；激光跟踪仪位于在工业机器人的后侧，可测量靶球的空间位置。本发明具有结构简单、可有效提高定位精度等优点。

Description

一种工业机器人六维刚度误差补偿系统及其补偿方法

技术领域

本发明属于机器人领域，涉及一种工业机器人参数标定技术，尤其涉及一种基于变运动学参数的工业机器人的六维刚度误差补偿系统及其补偿方法。

背景技术

随着机器人技术的快速发展，工业机器人逐渐向高端制造领域扩展，如航空航天工业的制孔/铆接、风电叶片打磨等。而这些应用领域对工业机器人的精度要求也越来越高。研究表明工业机器人的绝对定位误差主要分为几何参数误差和非几何参数误差，其中几何参数误差约占总误差的80％以上，此类误差能够通过几何参数标定技术实现高精度补偿，但几何参数标定技术均是在固定负载下进行，无法适用于负载情况，更无法适用于负载多变的高端制造业。

工业机器人的非几何参数误差中由各伺服电机、传动系统的柔顺性以及连杆的材料属性所导致的柔性误差，约占总误差的10％。研究表明在几何参数误差补偿的基础上，经过机器人关节刚度标定能够改善机器人对于变负载的精度可靠性。目前工业机器人关节刚度模型主要考虑关节旋转轴向的刚度参数，而忽略其他维度的刚度参数，当机器人末端负载较大时，仍可能导致较大的定位误差，并且尚无六维刚度误差的补偿方法。目前主要是采用机器人静载荷方法辨识工业机器人刚度参数，但负载施加系统通常较为复杂，甚至限制机器人的工作空间，无法实现较大工作空间的数据测量，测量数据无法充分反映工业机器人的刚度变化，这将导致工业机器人刚度参数辨识精度不高，直接影响工业机器人精度性能。

因此，亟待提出一种用于多维度的工业机器人刚度误差标定工具及多维刚度误差补偿方法，能够较好地提高工业机器人的绝对定位精度，并使得机器人适用于变负载任务。

发明内容

本发明提供一种基于变运动学参数的工业机器人的六维刚度误差补偿系统及其补偿方法，该方法能够实现工业机器人刚度参数的高精度辨识，以克服现有技术的缺陷。

为实现上述目的，本发明提供一种工业机器人六维刚度误差补偿系统，包括负载测量装置和激光跟踪仪；负载测量装置固定在工业机器人的末端，包括转接板、六维力传感器、X轴加载装置、Y轴加载装置、Z轴加载装置和靶球；转接板与工业机器人的末端法兰盘固定连接；六维力传感器固定在转接板上；X轴加载装置为沿前后方向设置的条状件，前端固定在六维力传感器上，与六维力传感器同心连接；Y轴加载装置为沿左右方向设置的条状件，设置在X轴加载装置上，且Y轴加载装置长度方向上的任意位置可设置在X轴加载装置长度方向上的任意位置上；Z轴加载装置为沿上下方向设置的条状件，设置在Y轴加载装置上，且Z轴加载装置长度方向上的任意位置可设置在Y轴加载装置长度方向上的任意位置上；Y轴加载装置和Z轴加载装置均具有砝码，砝码可设置在其长度方向上的任意位置处；靶球固定设置在转接板上；激光跟踪仪位于在工业机器人的后侧，可测量靶球的空间位置。

进一步，本发明提供一种工业机器人六维刚度误差补偿系统，还可以具有这样的特征：其中，X轴加载装置上具有若干个沿其长度方向分布的环状凹槽，Y轴加载装置可卡在任意一个凹槽中。

进一步，本发明提供一种工业机器人六维刚度误差补偿系统，还可以具有这样的特征：其中，Y轴加载装置和Z轴加载装置均还包括两个夹板和若干个支撑连接块；每个加载装置中，两个夹板平行设置，支撑连接块位于两个夹板之间、且与两个夹板固定连接，两个夹板与支撑连接块形成一个整体框架类的可夹持结构，砝码固定夹持在两个夹板间的任意位置处；Y轴加载装置的两个夹板上下设置，任意段固定夹持在X轴加载装置的任意凹槽的上下空间内；Z轴加载装置的两个夹板前后设置，任意段固定夹持在Y轴加载装置两个夹板任意段的前后两侧。

进一步，本发明提供一种工业机器人六维刚度误差补偿系统，还可以具有这样的特征：其中，Z轴加载装置的一个支撑连接块位于Y轴加载装置与Z轴加载装置的交叉连接处，该支撑连接块的前后两侧分别与Z轴加载装置的两个夹板固定连接、上下两侧分别与Y轴加载装置的两个夹板固定连接。

进一步，本发明提供一种工业机器人六维刚度误差补偿系统，还可以具有这样的特征：其中，靶球位于六维力传感器的上方。

进一步，本发明提供一种工业机器人六维刚度误差补偿系统，还可以具有这样的特征：其中，六维力传感器通过转接板与工业机器人的末端法兰盘同心安装。

本发明还提供上述工业机器人六维刚度误差补偿系统的补偿方法，包括以下步骤：

步骤一、控制机器人变动多个位姿，每个位姿均测量未安装砝码和安装砝码时靶球的空间位置P_j1和P_j2、读取六维力传感器的输出数值F_j1和F_j2，并计算同一位姿安装砝码前后的位置变化量ΔP_j和负载变化量ΔF_j，ΔP_j＝P_j2-P_j1，ΔF_j＝F_j2-F_j1，其中j为测量点序号，j＝1、2、3、…、N，N≥100，建立六维刚度误差模型；

步骤二、基于建立的六维刚度误差模型，采用非线性最小二乘法辨识出工业机器人的六维虚拟关节刚度矩阵参数；

步骤三、根据所述六维虚拟关节刚度矩阵参数和工业机器人末端负载值F_j，计算出工业机器人各个关节的形变量，记为(Δx_ij，Δy_ij，Δz_ij，Δα_ij，Δβ_ij，Δγ_ij)，其中Δx_ij、Δy_ij、Δz_ij分别为沿着x、y、z轴的线性位置误差，Δα_ij、Δβ_ij、Δγ_ij分别为沿着x、y、z轴的角度误差，其中i为工业机器人关节序号，i＝1、2、…、6；

步骤四、根据(Δx_ij、Δy_ij、Δz_ij、Δα_ij、Δβ_ij、Δγ_ij)误差，确定工业机器人原关节坐标系{J_i}与新关节坐标系{J_i′}的转换矩阵为：

从而获得新关节坐标系{J_i′}的原点坐标O_i以及各关节z轴方向向量Z_i；

步骤五、根据轴线测量法重新计算工业机器人的运动学参数，包括关节转角θ_i、关节距离d_i、连杆长度a_i、连杆扭角α_i和补充扭角β_i；

步骤六、通过微分迭代方法实现新运动学参数的运动学逆解求解，计算得到的工业机器人关节角度，再叠加Δγ_ij误差，输入工业机器人的控制器，从而实现六维刚度误差补偿。

进一步，本发明提供一种工业机器人六维刚度误差补偿系统的补偿方法，还可以具有这样的特征：其中，步骤六的具体方法为：定义工业机器人的名义运动学参数向量为c₀，c₀＝(θ₁，d₁，a₁，α₁，β₁，…，θ_i，d_i，a_i，α_i，β_i，…，θ₆，d₆，a₆，α₆，β₆)，由于名义运动学参数为DH模型参数，其中β_i均为0；工业机器人的关节角度向量为q，q＝(θ₁，θ₂，θ₃，θ₄，θ₅，θ₆)；工业机器人的正运动学表示为：T_n＝f(c₀,q)，q＝f^-1(c₀,T_n)，其中T_n为工业机器人的名义末端位姿矩阵；当工业机器人的运动学参数存在误差Δc时，则实际运动学参数向量c₁＝c₀+Δc，工业机器人的实际位姿表示为：T_r＝f(c₁,q)，其中T_r为工业机器人的实际末端位姿矩阵；定义工业机器人的期望位姿为T_d，根据以下公式迭代计算：

其中，

为第n次迭代时的偏移位姿矩阵，第一次迭代时

q_n为第n次迭代时工业机器人基于名义运动学模型参数向量c₀计算的逆解，T_ri为第i次迭代时工业机器人基于实际运动学模型参数向量c₁计算的正解，i＝1、…、n、n+1，即T_r(n+1)为第n+1次迭代时工业机器人基于实际运动学模型参数向量c₁计算的正解；当|T_n+1-T_d|≤ε满足精度要求时，则停止迭代计算，其中ε为人为设定精度阈值，此时工业机器人的关节角为q_n；最后根据计算得到的工业机器人关节角度q_n，再叠加Δγ_ij误差，输入工业机器人的控制器，从而实现六维刚度误差补偿。

进一步，本发明提供一种工业机器人六维刚度误差补偿系统的补偿方法，还可以具有这样的特征：其中，步骤五中，工业机器人的运动学参数的计算方法为：建立如下表所示的工业机器人的各个关节坐标系，其中Z₀为工业机器人的基坐标系z轴向量；

判断Z_i-1与Z_i是否近似平行：若|Z_i-1-Z_i|≤0.001，则,即相邻关节近似平行；当相邻关节近似平行时，采用DH运动学模型计算各运动学参数；当相邻关节不近似平行时，采用MDH运动学模型计算各运动学参数。

进一步，本发明提供一种工业机器人六维刚度误差补偿系统的补偿方法，还可以具有这样的特征：其中，当相邻关节近似平行时，则补充扭角β_i＝0；计算关节转角θ_i为X_i-1与X_i之间在绕Z_i-1正向上夹角：

计算连杆长度a_i为O_i-1与O_i之间在X_i正向上的距离：

计算关节距离d_i为O_i-1与O_i之间在Z_i-1正向上的距离：

计算连杆扭角α_i为Z_i-1轴到Z_i轴的夹角

当相邻关节不近似平行时，则关节距离d_i＝0；计算关节转角θ_i为X_i-1与向量O_i-1O_i间在绕Z_i-1正向上夹角：

计算连杆长度a_i为O_i-1与O_i之间的距离a_i＝|O_i-O_i-1|；计算连杆扭角α_i为Z_i-1到Z_i之间绕X_i正向上的夹角：

式中

Y_i＝X_i×Z_i；计算补充扭角β_i为Z_i-1到Z_i之间绕Y_i正向上的夹角：

式中

本发明的有益效果在于：

一、本发明所设计的工业机器人末端负载的负载测量装置结构简单，能够实现大范围的测量点空间位置数据测量，测量数据能够充分反映工业机器人的刚度变化。

二、本发明所提出的基于变运动学参数六维刚度误差补偿方法，能够有效地提高工业机器人末端定位精度。

附图说明

图1是工业机器人六维刚度误差补偿系统的结构示意图；

图2是负载测量装置的结构示意图；

图3是X轴加载装置的结构示意图；

图4是Y轴加载装置和Z轴加载装置的结构示意图；

图5是Y轴加载装置和Z轴加载装置另一视角的结构示意图；

图6是工业机器人六维刚度误差补偿系统补偿方法的流程图。

具体实施方式

以下结合附图来说明本发明的具体实施方式。

如图1所示，本发明提供一种工业机器人六维刚度误差补偿系统，包括负载测量装置1和激光跟踪仪2。

负载测量装置1固定在工业机器人A的末端，包括转接板11、六维力传感器12、X轴加载装置13、Y轴加载装置14、Z轴加载装置15、靶球161和磁性靶球基座162。

转接板11与工业机器人A的末端法兰盘固定连接。

六维力传感器12固定在转接板11上。六维力传感器12通过转接板11与工业机器人A的末端法兰盘同心安装。

X轴加载装置13为沿前后方向设置的条状件，前端固定在六维力传感器12上，与六维力传感器12同心连接。

Y轴加载装置14为沿左右方向设置的条状件，设置在X轴加载装置13上，且Y轴加载装置14长度方向上的任意位置可设置在X轴加载装置13长度方向上的任意位置上。即Y轴加载装置14的左右方向上的任意部位均可与X轴加载装置13固定，且该固定位置可以是X轴加载装置13的前后方向上的任意位置，Y轴加载装置14与X轴加载装置13的交叉连接位置可以在前后和左右方向上改变。

Z轴加载装置15为沿上下方向设置的条状件，设置在Y轴加载装置14上，且Z轴加载装置15长度方向上的任意位置可设置在Y轴加载装置14长度方向上的任意位置上。即Z轴加载装置15的上下方向上的任意部位均可与Y轴加载装置14固定，且该固定位置可以是Y轴加载装置14的左右方向上的任意位置，Z轴加载装置15与Y轴加载装置14的交叉连接位置可以在左右和上下方向上改变。

Y轴加载装置14和Z轴加载装置15均具有砝码141，砝码141可设置在其长度方向上的任意位置处。

具体的，X轴加载装置13上具有若干个沿其长度方向分布的环状凹槽131，Y轴加载装置14可卡在任意一个凹槽131中。进一步具体的，X轴加载装置13由若干个方块体1311和隔板1312交替间隔固定而成，隔板1312的截面大于方块体1311的截面，方块体1311与其两侧的隔板1312构成上述环状凹槽131。

Y轴加载装置14和Z轴加载装置15相同，均还包括两个夹板142和两个支撑连接块143。每个加载装置中，两个夹板142平行设置，支撑连接块143位于两个夹板142之间、且与两个夹板142固定连接。两个夹板142与支撑连接块143形成一个整体框架类的可夹持结构，砝码141固定夹持在两个夹板142间的任意位置处。支撑连接块143和砝码141通过螺丝与夹板142固定。

Y轴加载装置14的两个夹板142上下设置，任意段固定夹持在X轴加载装置13的任意凹槽的上下空间内。Z轴加载装置15的两个夹板142前后设置，任意段固定夹持在Y轴加载装置14两个夹板142任意段的前后两侧。

Z轴加载装置15的一个支撑连接块143位于Y轴加载装置14与Z轴加载装置15的交叉连接处，该支撑连接块143的前后两侧分别与Z轴加载装置15的两个夹板142固定连接、上下两侧分别与Y轴加载装置14的两个夹板142固定连接。

进一步具体的，夹板142的内侧具有若干个沿其长度方向分布的、等间距设置的凸起1421，将夹板142隔成若干段夹持空间。Y轴加载装置14的任意段夹持空间夹持在X轴加载装置13的任意凹槽131的上下凹槽空间内，Z轴加载装置15的任意段夹持空间夹持在Y轴加载装置14的任意位置。对于每个夹持空间，其两夹板142上均设有穿孔，使支撑连接块143和砝码141可通过螺钉与夹板142固定，固定在任意夹持空间处。

本实施例中，支撑连接块143的数量也可以为多个。

靶球161固定设置在转接板11上。具体的，磁性靶球基座162固定在转接板11上，靶球161被磁性靶球基座162吸附固定在转接板11上。

激光跟踪仪2位于在工业机器人的后侧，可测量靶球161的空间位置。

其中，靶球161位于六维力传感器12的上方。

工业机器人六维刚度误差补偿系统的补偿方法，包括以下步骤：

步骤一、控制未安装砝码的工业机器人至目标位置(激光跟踪仪可测得靶球的范围内)并处于首次位姿，利用激光跟踪仪测量靶球的空间位置P₁₁，并读取六维力传感器的输出数值F₁₁。然后保持该首次位姿安装砝码，再次测量靶球的空间位置P₁₂和读取六维力传感器的输出数值F₁₂，及六维力传感器测量的工业机器人末端负载值F₁，根据以上测量数据计算工业机器人在当前位姿点的位置变化量ΔP₁和负载变化量ΔF₁，ΔP₁＝P₁₂-P₁₁，ΔF₁＝F₁₂-F₁₁；

控制机器人变动多个位姿，每个位姿均测量未安装砝码和安装砝码时靶球的空间位置P_j1和P_j2、读取六维力传感器的输出数值F_j1和F_j2，并计算同一位姿安装砝码前后的位置变化量ΔP_j和负载变化量ΔF_j，ΔP_j＝P_j2-P_j1，ΔF_j＝F_j2-F_j1，其中j为测量点序号，j＝1、2、3、…、N。根据串联机器人六维刚度误差模型可知，待辨识参数有216个，每个位姿点可确立3个方程，因此测量点数N≥100。

建立六维刚度误差模型。

步骤二、基于建立的六维刚度误差模型，采用非线性最小二乘法辨识出工业机器人的六维虚拟关节刚度矩阵参数。

步骤三、根据六维虚拟关节刚度矩阵参数和工业机器人末端负载值F_j(工业机器人末端负载值F_j是指机器人经过刚度标定后，机器人末端的常规负载值，例如安装了工具或者机器人正常工作中的负载变化)，计算出工业机器人各个关节的形变量，记为(Δx_ij，Δy_ij，Δz_ij，Δα_ij，Δβ_ij，Δγ_ij)，其中Δx_ij、Δy_ij、Δz_ij分别为沿着x、y、z轴的线性位置误差，Δα_ij、Δβ_ij、Δγ_ij分别为沿着x、y、z轴的角度误差，其中i为工业机器人关节序号，i＝1、2、…、6，j仍为前述的测量点序号。

步骤四、根据(Δx_ij、Δy_ij、Δz_ij、Δα_ij、Δβ_ij、Δγ_ij)误差，确定工业机器人原关节坐标系{J_i}与新关节坐标系{J_i′}的转换矩阵为：

从而获得新关节坐标系{J_i′}的原点坐标O_i以及各关节z轴方向向量Z_i。

步骤五、根据轴线测量法重新计算工业机器人的运动学参数，包括关节转角θ_i、关节距离d_i、连杆长度a_i、连杆扭角α_i和补充扭角β_i。

具体方法为：建立如下表所示的工业机器人的各个关节坐标系，其中Z₀为工业机器人的基坐标系z轴向量。

关节	原点坐标	X轴方向向量	Z轴方向向量	Y轴方向向量
					1	O<sub>1</sub>	Z<sub>0</sub>×Z<sub>1</sub>	Z<sub>1</sub>	X<sub>1</sub>×Z<sub>1</sub>
2	O<sub>2</sub>	Z<sub>1</sub>×Z<sub>2</sub>	Z<sub>2</sub>	X<sub>2</sub>×Z<sub>2</sub>
					3	O<sub>3</sub>	Z<sub>2</sub>×Z<sub>3</sub>	Z<sub>3</sub>	X<sub>3</sub>×Z<sub>3</sub>
4	O<sub>4</sub>	Z<sub>3</sub>×Z<sub>4</sub>	Z<sub>4</sub>	X<sub>4</sub>×Z<sub>4</sub>
					5	O<sub>5</sub>	Z<sub>4</sub>×Z<sub>5</sub>	Z<sub>5</sub>	X<sub>5</sub>×Z<sub>5</sub>
6	O<sub>6</sub>	Z<sub>5</sub>×Z<sub>6</sub>	Z<sub>6</sub>	X<sub>6</sub>×Z<sub>6</sub>

判断Z_i-1与Z_i是否近似平行：若|Z_i-1-Z_i|≤0.001，则两z轴方向向量近似平行，即相邻关节近似平行。

当相邻关节近似平行时，采用DH运动学模型计算各运动学参数：

补充扭角β_i＝0；

计算关节转角θ_i为X_i-1与X_i之间在绕Z_i-1正向上夹角：

计算连杆长度a_i为O_i-1与O_i之间在X_i正向上的距离：

计算关节距离d_i为O_i-1与O_i之间在Z_i-1正向上的距离：

计算连杆扭角α_i为Z_i-1轴到Z_i轴的夹角：

当相邻关节不近似平行时，采用MDH运动学模型计算各运动学参数：

关节距离d_i＝0；

计算关节转角θ_i为X_i-1与向量O_i-1O_i间在绕Z_i-1正向上夹角：

计算连杆长度a_i为O_i-1与O_i之间的距离：

a_i＝|O_i-O_i-1|；

计算连杆扭角α_i为Z_i-1到Z_i之间绕X_i正向上的夹角：

式中

Y_i＝X_i×Z_i；

计算补充扭角β_i为Z_i-1到Z_i之间绕Y_i正向上的夹角：

式中

步骤六、因新计算得到的运动学参数不再满足Pipper准则，无法直接利用封闭解计算机器人的运动学逆解，本发明通过微分迭代方法实现新运动学参数的运动学逆解求解：

定义工业机器人的名义运动学参数向量为c₀，c₀＝(θ₁，d₁，a₁，α₁，β₁，…，θ_i，d_i，a_i，α_i，β_i，…，θ₆，d₆，a₆，α₆，β₆)，由于名义运动学参数为DH模型参数，其中β_i均为0。工业机器人的关节角度向量为q，q＝(θ₁，θ₂，θ₃，θ₄，θ₅，θ₆)。工业机器人的正运动学表示为：T_n＝f(c₀,q)，q＝f^-1(c₀,T_n)，其中T_n为工业机器人的名义末端位姿矩阵。

当工业机器人的运动学参数存在误差Δc时，则实际运动学参数向量c₁＝c₀+Δc，工业机器人的实际位姿表示为：T_r＝f(c₁,q)，其中T_r为工业机器人的实际末端位姿矩阵。

定义工业机器人的期望位姿为T_d，根据以下公式迭代计算：

其中，

为第n次迭代时的偏移位姿矩阵，第一次迭代时

q_n为第n次迭代时工业机器人基于名义运动学模型参数向量c₀计算的逆解；T_ri为第i次迭代时工业机器人基于实际运动学模型参数向量c₁计算的正解，i＝1、…、n、n+1，即T_r(n+1)为第n+1次迭代时工业机器人基于实际运动学模型参数向量c₁计算的正解。

当|T_n+1-T_d|≤ε满足精度要求时，则停止迭代计算，其中ε为人为设定精度阈值，此时工业机器人的关节角为q_n。

最后根据计算得到的工业机器人关节角度q_n，再叠加z轴角度误差Δγ_ij，输入工业机器人的控制器，从而实现六维刚度误差补偿。

Claims (7)

1.一种工业机器人六维刚度误差补偿系统，其特征在于：

包括负载测量装置和激光跟踪仪；

所述负载测量装置固定在工业机器人的末端，包括转接板、六维力传感器、X轴加载装置、Y轴加载装置、Z轴加载装置和靶球；

所述转接板与工业机器人的末端法兰盘固定连接；

所述六维力传感器固定在转接板上；

所述X轴加载装置为沿前后方向设置的条状件，前端固定在六维力传感器上，与六维力传感器同心连接；

所述Y轴加载装置为沿左右方向设置的条状件，设置在X轴加载装置上，且Y轴加载装置长度方向上的任意位置可设置在X轴加载装置长度方向上的任意位置上；

所述Z轴加载装置为沿上下方向设置的条状件，设置在Y轴加载装置上，且Z轴加载装置长度方向上的任意位置可设置在Y轴加载装置长度方向上的任意位置上；

Y轴加载装置和Z轴加载装置均具有砝码，砝码可设置在其长度方向上的任意位置处；

所述X轴加载装置上具有若干个沿其长度方向分布的环状凹槽，所述Y轴加载装置可卡在任意一个凹槽中；

所述Y轴加载装置和Z轴加载装置均还包括两个夹板和若干个支撑连接块；

每个加载装置中，两个夹板平行设置，支撑连接块位于两个夹板之间、且与两个夹板固定连接，两个夹板与支撑连接块形成一个整体框架类的可夹持结构，所述砝码固定夹持在两个夹板间的任意位置处；

Y轴加载装置的两个夹板上下设置，任意段固定夹持在所述X轴加载装置的任意凹槽的上下空间内；

Z轴加载装置的两个夹板前后设置，任意段固定夹持在Y轴加载装置两个夹板任意段的前后两侧；

所述Z轴加载装置的一个支撑连接块位于Y轴加载装置与Z轴加载装置的交叉连接处，该支撑连接块的前后两侧分别与Z轴加载装置的两个夹板固定连接、上下两侧分别与Y轴加载装置的两个夹板固定连接；

所述靶球固定设置在转接板上；

所述激光跟踪仪位于在工业机器人的后侧，可测量靶球的空间位置。

2.根据权利要求1所述的工业机器人六维刚度误差补偿系统，其特征在于：

其中，所述靶球位于六维力传感器的上方。

3.根据权利要求1所述的工业机器人六维刚度误差补偿系统，其特征在于：

其中，所述六维力传感器通过转接板与工业机器人的末端法兰盘同心安装。

4.如权利要求1所述的工业机器人六维刚度误差补偿系统的补偿方法，其特征在于：

包括以下步骤：

步骤一、控制机器人变动多个位姿，每个位姿均测量未安装砝码和安装砝码时靶球的空间位置P_j1和P_j2、读取六维力传感器的输出数值F_j1和F_j2，并计算同一位姿安装砝码前后的位置变化量ΔP_j和负载变化量ΔF_j，ΔP_j＝P_j2-P_j1，ΔF_j＝F_j2-F_j1，其中j为测量点序号，j＝1、2、3、…、N，N≥100，建立六维刚度误差模型；

步骤二、基于建立的六维刚度误差模型，采用非线性最小二乘法辨识出工业机器人的六维虚拟关节刚度矩阵参数；

步骤三、根据所述六维虚拟关节刚度矩阵参数和工业机器人末端负载值F_j，计算出工业机器人各个关节的形变量，记为(Δx_ij，Δy_ij，Δz_ij，Δα_ij，Δβ_ij，Δγ_ij)，其中Δx_ij、Δy_ij、Δz_ij分别为沿着x、y、z轴的线性位置误差，Δα_ij、Δβ_ij、Δγ_ij分别为沿着x、y、z轴的角度误差，其中i为工业机器人关节序号，i＝1、2、…、6；

步骤四、根据(Δx_ij、Δy_ij、Δz_ij、Δα_ij、Δβ_ij、Δγ_ij)误差，确定工业机器人原关节坐标系{J_i}与新关节坐标系{J_i′}的转换矩阵为：

从而获得新关节坐标系{J_i′}的原点坐标O_i以及各关节z轴方向向量Z_i；

步骤五、根据轴线测量法重新计算工业机器人的运动学参数，包括关节转角θ_i、关节距离d_i、连杆长度a_i、连杆扭角α_i和补充扭角β_i；

步骤六、通过微分迭代方法实现新运动学参数的运动学逆解求解，计算得到的工业机器人关节角度，再叠加Δγ_ij误差，输入工业机器人的控制器，从而实现六维刚度误差补偿。

5.根据权利要求4所述的工业机器人六维刚度误差补偿系统的补偿方法，其特征在于：

其中，步骤六的具体方法为：定义工业机器人的名义运动学参数向量为c₀，c₀＝(θ₁，d₁，a₁，α₁，β₁，…，θ_i，d_i，a_i，α_i，β_i，…，θ₆，d₆，a₆，α₆，β₆)，由于名义运动学参数为DH模型参数，其中β_i均为0；

工业机器人的关节角度向量为q，q＝(θ₁，θ₂，θ₃，θ₄，θ₅，θ₆)；

工业机器人的正运动学表示为：T_n＝f(c_O，q)，q＝f^-1(c_O，T_n)，其中T_n为工业机器人的名义末端位姿矩阵；

当工业机器人的运动学参数存在误差Δc时，则实际运动学参数向量c₁＝c₀+Δc，工业机器人的实际位姿表示为：T_r＝f(c₁,q)，其中T_r为工业机器人的实际末端位姿矩阵；

定义工业机器人的期望位姿为T_d，根据以下公式迭代计算：

其中，

为第n次迭代时的偏移位姿矩阵，第一次迭代时

q_n为第n次迭代时工业机器人基于名义运动学模型参数向量c₀计算的逆解，T_ri为第i次迭代时工业机器人基于实际运动学模型参数向量c₁计算的正解，i＝1、…、n、n+1，即T_r(n+1)为第n+1次迭代时工业机器人基于实际运动学模型参数向量c₁计算的正解；

当|T_n+1-T_d|≤ε满足精度要求时，则停止迭代计算，其中ε为人为设定精度阈值，此时工业机器人的关节角为q_n；

最后根据计算得到的工业机器人关节角度q_n，再叠加Δγ_ij误差，输入工业机器人的控制器，从而实现六维刚度误差补偿。

6.根据权利要求4所述的工业机器人六维刚度误差补偿系统的补偿方法，其特征在于：

其中，步骤五中，工业机器人的运动学参数的计算方法为：

建立如下表所示的工业机器人的各个关节坐标系，其中Z₀为工业机器人的基坐标系z轴向量；

关节 原点坐标 X轴方向向量 Z轴方向向量 Y轴方向向量 1 O₁ Z₀×Z₁ Z₁ X₁×Z₁ 2 O₂ Z₁×Z₂ Z₂ X₂×Z₂ 3 O₃ Z₂×Z₃ Z₃ X₃×Z₃ 4 O₄ Z₃×Z₄ Z₄ X₄×Z₄ 5 O₅ Z₄×Z₅ Z₅ X₅×Z₅ 6 O₆ Z₅×Z₆ Z₆ X₆×Z₆

判断Z_i-1与Z_i是否近似平行：若|Z_i-1-Z_i|≤0.001，则,即相邻关节近似平行；

当相邻关节近似平行时，采用DH运动学模型计算各运动学参数；

当相邻关节不近似平行时，采用MDH运动学模型计算各运动学参数。

7.根据权利要求5所述的工业机器人六维刚度误差补偿系统的补偿方法，其特征在于：

其中，当相邻关节近似平行时，则补充扭角β_i＝0；

计算关节转角θ_i为X_i-1与X_i之间在绕Z_i-1正向上夹角：

计算连杆长度a_i为O_i-1与O_i之间在X_i正向上的距离：

计算关节距离d_i为O_i-1与O_i之间在Z_i-1正向上的距离：

计算连杆扭角α_i为Z_i-1轴到Z_i轴的夹角：

当相邻关节不近似平行时，则关节距离d_i＝0；

计算关节转角θ_i为X_i-1与向量O_i-1O_i间在绕Z_i-1正向上夹角：

计算连杆长度a_i为O_i-1与O_i之间的距离：

a_i＝|O_i-O_i-1|；

计算连杆扭角α_i为Z_i-1到Z_i之间绕X_i正向上的夹角：

式中

Y_i＝X_i×Z_i；

计算补充扭角β_i为Z_i-1到Z_i之间绕Y_i正向上的夹角：

式中

Images