【技術實現步驟摘要】
本專利技術屬于誤差標定領域，尤其涉及一種基于特征構件的并聯坐標測量機的誤差自標定方法。
技術介紹
1、并聯機器人因其高精度和高剛度的特性，在精密制造、航空航天等領域得到了廣泛應用。然而，受到機械加工、裝配等方面誤差的影響，并聯坐標測量機的幾何參數與其設計值之間都會存在偏差，在此基礎上對并聯坐標測量機進行運動解算，必然會導致末端測量頭的位姿偏差。因此，有必要對并聯坐標測量機的幾何參數與關節零位進行校準，提高末端的定位精度，為機器人的穩定控制奠定基礎。
2、標定方法主要分為外部標定法和內部標定法兩種。內部標定法通過在主動和從動關節上安裝數量超過機器人自由度的傳感器，實時測量冗余運動信息來進行誤差參數辨識。內部標定法具有不需要額外測量儀器、環境適應性強、檢測速度快、易于實現自動化標定和在線誤差補償等優點。然而，內部標定法需要測量所有關節處的誤差信息，傳感器的安裝會增加并聯機構設計難度并提高加工制造成本。
3、而目前對并聯機器人幾何參數標定手段的外部標定法通過直接坐標測量機器人末端執行器的位置和姿態來確定參數，但是往往需要高精度的測量設備，成本較高。比如，中國專利申請公布號cn114894086a中，公開了一種基于激光跟蹤儀的誤差標定方法，標定成本高，且測量復雜。中國專利申請公布號cn113183137a中，公布了一種基于位移傳感器的參數標定裝置。裝置包括三個相互正交的平面，三個平面上分別固定有1個、2個和3個位移傳感器，且位移傳感器的測桿軸線與對應的平面垂直，裝置通過支架固定在六自由度并聯機構的定平臺上，通過位
技術實現思路
1、為了解決現有方法中標定成本高、耗時長、環境適應性差的問題，本專利技術提供了一種基于特征構件的并聯坐標測量機的誤差自標定方法，包括：
2、搭建并聯機構并構建所述并聯機構的幾何誤差模型，確定誤差參數；
3、通過坐標測量機對特征構件進行測量，獲得每個標準球的半徑值與每兩個標準球之間的球心距；測量完成后，將所述特征構件安裝在并聯坐標測量機的工作空間中，基于球心距約束和球徑約束進行數據采集，對應構建基于球心距約束的誤差方程和基于球半徑約束的誤差方程；
4、將所述基于球心距約束的誤差方程和基于球半徑約束的誤差方程組合獲得基于多種特征約束的誤差標定模型，使用lm方法，對所述誤差標定模型的運動學誤差參數進行辨識、修正和代入，如此反復，直至所述運動學誤差參數不再變化時停止迭代，獲得對應的并聯坐標測量機的幾何誤差參數；
5、根據所述幾何誤差參數對坐標測量機中由幾何誤差導致的末端姿態誤差進行補償。
6、優選地，所述并聯機構包括靜平臺、支鏈和動平臺；
7、所述并聯機構的驅動為由伺服電機、滾珠絲桿和導軌組成的移動副輸入；
8、所述支鏈包括移動副和虎克鉸；
9、所述動平臺的末端安裝有觸發式測頭，用于輸出坐標測量機與被測零件的接觸觸發信號，當并聯機構控制器接收到運動指令后，將目標運動分解為四條平移軸的位移，由對應軸的伺服電機驅動滾珠絲桿旋轉，實現平移軸上滑塊運動，通過四軸滑塊的協調運動，實現末端動平臺在x、y、z軸的平移運動和繞z軸的旋轉運動。
10、優選地，構建所述并聯機構的幾何誤差模型的過程包括建立運動學方程；
11、所述建立運動學方程的過程包括：
12、在靜平臺的中心上建立所述并聯機構的基坐標系o-xyz，在動平臺的中心上建立所述并聯機構的動坐標系o'-xyz；
13、在所述并聯機構的運動學反解模型中求解并聯機構的運動學反解，其中，輸入變量為動坐標系相對于基坐標系的位姿，輸出為四個移動副的位移量；
14、分析支鏈，取基坐標系中心o到基座上a點的矢量為移動副的運動方向的單位矢量為移動副滑塊上一點p到基座上a點的距離為即并聯機構的驅動變量；移動副上p點到虎克鉸1中心d點的矢量為虎克鉸1到虎克鉸2的桿長為方向矢量為動坐標系中心o'到虎克鉸2中心b點的矢量為基坐標系中心o到動坐標系中心o'的矢量為記基坐標系到動坐標系的旋轉矩陣為r，則使用閉環矢量法得到矢量方程為：
15、ai+piei+di+liui＝q+rbi?(1)
16、基于連桿長度li不變的約束求得：
17、
18、其中ei＝q+rbi-ai-di；
19、使用牛頓法迭代求解并聯結構的運動學正解，設置迭代精度當前后兩次迭代結果之差的二范數小于所述迭代精度，迭代結束。
20、優選地，構建所述并聯機構的幾何誤差模型的過程包括建立誤差映射模型；
21、所述建立誤差映射模型的過程包括：
22、考慮工件加工誤差和裝配誤差的誤差源，對支鏈進行分析，建立運動學誤差映射模型，并去除線性相關的向量得到：
23、[ux,uy,uxp,-uyp,-utr,-1]·δε＝[ux,uy,uz,ux(-bxsθ-bycθ)+uy(-bxcθ-bysθ)]·δy?(3)
24、其中δy＝[δx,δy,δz,δθz]＝[δp,δθz]；
25、
26、δy為實際末端位姿與理論位姿的差異，δp表示末端的位置誤差，δθz表示末端的z軸姿態誤差，δε表示幾何誤差參數，表示連桿的方向向量；
27、進一步將支鏈的誤差模型表示為：
28、ai·δy＝bi·δεi,i＝1,2,3,4(4)
29、將支鏈的誤差模型組合即可獲得并聯機構的幾何誤差模型：
30、δy＝jq-1jε·δε＝jp·δε?(5)
31、其中jq＝[a1,a2,a3,a4]，jε＝diag(b1,b2,b3,b4)；
32、根據所述幾何誤差模型計算獲得機構的幾何誤差對末端位姿誤差的影響關系。
33、優選地，所述工件加工誤差包含：動平臺三個虎克鉸的位置誤差連桿長度與滑塊相鄰的虎克鉸的位置立柱位置相對于靜平臺中心的誤差
34、所述裝配誤差包含：移動副的軸線方向以及在靜平臺上的位置初始位置定位誤差影響滾珠絲桿滑塊的初始位置δp。
35、優選地，基于球心距約束和球徑約束進行數據采集的過程包括：
36、控制坐標測量機末端接觸特征構件中的標準球，在每個位置控制坐標測量機末端使用接觸式測頭對特征構件上的標準球表面均勻地多次測量，讀取并記錄下每次測量的測量讀數與四個平移軸的位置讀數；并獲取在不同工作空間位置處的誤差，多次改變特征構件在并聯坐標測量機工作空間中的位置，進行多組數據采集。
37、優選地，構建基于球心距約束的誤差方程的過程包括：
38、將記錄的平移軸數據和測量讀數按照測量中特征構件的位置分為若干組，將擬合后的球心距與使用坐標測量機測量的理論球心距作差，獲得球心距誤差，構建基于球心距約束的誤差本文檔來自技高網...
【技術保護點】
1.一種基于特征構件的并聯坐標測量機的誤差自標定方法，其特征在于，包括：
2.根據權利要求1所述的基于特征構件的并聯坐標測量機的誤差自標定方法，其特征在于，
3.根據權利要求1所述的基于特征構件的并聯坐標測量機的誤差自標定方法，其特征在于，構建所述并聯機構的幾何誤差模型的過程包括建立運動學方程；
4.根據權利要求1所述的基于特征構件的并聯坐標測量機的誤差自標定方法，其特征在于，構建所述并聯機構的幾何誤差模型的過程包括建立誤差映射模型；
5.根據權利要求4所述的基于特征構件的并聯坐標測量機的誤差自標定方法，其特征在于，
6.根據權利要求1所述的基于特征構件的并聯坐標測量機的誤差自標定方法，其特征在于，基于球心距約束和球徑約束進行數據采集的過程包括：
7.根據權利要求1所述的基于特征構件的并聯坐標測量機的誤差自標定方法，其特征在于，構建基于球心距約束的誤差方程的過程包括：
8.根據權利要求1所述的基于特征構件的并聯坐標測量機的誤差自標定方法，其特征在于，構建基于球半徑約束的誤差方程的過程包括：
...【技術特征摘要】
1.一種基于特征構件的并聯坐標測量機的誤差自標定方法，其特征在于，包括：
2.根據權利要求1所述的基于特征構件的并聯坐標測量機的誤差自標定方法，其特征在于，
3.根據權利要求1所述的基于特征構件的并聯坐標測量機的誤差自標定方法，其特征在于，構建所述并聯機構的幾何誤差模型的過程包括建立運動學方程；
4.根據權利要求1所述的基于特征構件的并聯坐標測量機的誤差自標定方法，其特征在于，構建所述并聯機構的幾何誤差模型的過程包括建立誤差映射模型；
5.根據權利要求4所述的基于特征構件的并聯坐標測量機的誤差自標定方法，其特征在...
【專利技術屬性】
技術研發人員：林初暢，吳海濤，劉盼，
申請(專利權)人：上海智能制造功能平臺有限公司，
類型：發明
國別省市：
還沒有人留言評論。發表了對其他瀏覽者有用的留言會獲得科技券。