(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210861679.8 (22)申请日 2022.07.22 (71)申请人 西安理工大 学 地址 710048 陕西省西安市碑林区金花 南 路5号 (72)发明人 张广鹏　杨志坚　任利娟　于殿明　 王雄辉　 (74)专利代理 机构 西安弘理专利事务所 61214 专利代理师 王奇 (51)Int.Cl. B25J 9/16(2006.01) B25J 15/08(2006.01) B25J 18/00(2006.01) (54)发明名称 机械臂参数误差识别及 补偿方法 (57)摘要 本发明公开了一种机械臂参数误差识别及 补偿方法， 步骤包括： 1)安装试件， 将机械臂末端 与气动夹 具连接牢靠， 气动夹具上的夹爪夹持住 夹持柄； 调整测量架上的激光位移传感器和位移 传感器一、 位移传感器二的位姿， 使其与标定件 的测量平面垂直； 2)建立机械臂运动学模型， 设 置相关的机械臂模型参数， 通过坐标变换， 建立 机械臂运动学模型； 3)利用位移传感器一、 位移 传感器二测量X、 Y向的运动误差， 利用激光位移 传感器测量机械臂末端 ‑Z方向的位移， 4)建立机 械臂的参数误差补偿模型； 5)完成机械臂误差补 偿。 本发明方法使用的算法简单高效， 克服了传 统测量机械臂参数误差方法带来的价格昂贵、 操 作复杂的缺 点。 权利要求书4页 说明书5页 附图6页 CN 115042189 A 2022.09.13 CN 115042189 A 1.一种机械臂参数误差识别及补偿方法， 利用一套测量工具， 其特征在于， 按照以下步 骤实施： 步骤1： 安装试件， 将机械臂末端与气动夹具(1)连接牢靠， 气动夹具(1)上的夹爪(2)夹持住夹持柄(3)； 调整测量架(4)上的激光位移传感器(5)和位移传感器一(6)、 位移传感器二(7)的位姿， 使 其与标定件(8)的测量平面垂直； 步骤2： 建立机 械臂运动学模型， 2.1)设置相关的机 械臂模型参数， 2.2)通过坐标变换， 建立机 械臂运动学模型； 步骤3： 向机器人控制系统输入 ‑Z方向的运动指令， 利用位移传感器一(6)、 位移传感器 二(7)测量X、 Y向的运动误差， 利用激光 位移传感器(5)测量机 械臂末端 ‑Z方向的位移， 步骤4： 建立机 械臂的参数误差补偿模型； 步骤5： 完成机 械臂误差补偿， 根据Vj的数值补偿机械臂控制系统中的几何参数设定， 得到补偿后的几何参数误差的 机械臂系统， 即成。 2.根据权利要求1所述的机械臂参数误差识别及补偿方法， 其特征在于： 所述的测量工 具的结构是， 包括气动夹具(1)， 气动夹具(1)上的夹爪(2)与夹持柄(3)连接； 夹持柄(3)另 一端固定有测量架(4)， 测量架(4)上设置有激光位移传感器(5)、 位移传感器一(6)、 位移传 感器二(7)， 测量时该三个传感器均 与标定件(8)的测量平面垂直。 3.根据权利要求1所述的机械臂参数误差识别及补偿方法， 其特征在于： 所述的步骤 2.1)中， 具体过程是， 选取机械臂安装基座建立基坐标系， x0、 y0、 z0表示机械臂基坐标系的 坐标轴； 对机械臂的六个 关节分别建立关节坐标系， 其中xi、 yi、 zi分别表示六自由度机械臂 的六个关节坐标系的坐标轴； 依据上述的测量工具在基坐标系 下的相对位置， 建立测量工 具坐标系， 其中x7、 y7、 z7表示测量工具的坐 标轴； dj表示沿zj轴正方向的j关节坐 标系原点从 xj‑1移动到xj的距离； ak表示沿xk轴正方向的k关节坐标系原点从zk移动到zk+1的距离； 本步骤中， i ＝1,2,...,6， j＝1,2,. ..,7， k＝1,2,...,6。 4.根据权利要求3所述的机械臂参数误差识别及补偿方法， 其特征在于： 所述的步骤 2.2)中， 机 械臂运动学模型的表达式为： 其中， ix＝c1[c2， 3(c4c5c6‑s4s6)‑s2， 3s5c6]‑s1(s4c5c6+c4s6)； iy＝s1[c2， 3(c4c5c6‑s4s6)‑s2， 3s5c6]+c1(s4c5c6+c4s6)； iz＝s2， 3(s4s6‑c4c5c6)+c2， 3s5c6； jx＝‑c1[c2， 3(c4c5s6+s4c6)+s2， 3s5s6]+s1(s4c5s6‑c4c6)； jy＝‑s1[c2， 3(c4c5s6+s4c6)+s2， 3s5s6]‑c1(s4c5s6‑c4c6)；权　利　要　求　书 1/4 页 2 CN 115042189 A 2jz＝s2， 3(c4c5s6+s4c6)‑c2， 3s5s6； kx＝c1(‑c2， 3c4s5+s2， 3c5)+s1s4s5； ky＝s1(‑c2， 3c4s5+s2， 3c5)+c1s4s5； kz＝c2， 3c5+s2， 3c4s5； px＝c1[a2c2+(a3‑d7c4s5)c2， 3+(d4+d7c5)s2， 3]+s1(d7s4s5‑d3)； py＝s1[a2c2+(a3‑d7c4s5)c2， 3+(d4+d7c5)s2， 3]‑c1(d7s4s5‑d3)； pz＝d1+(d7c4s5‑a3)s2， 3+(d7c5+d4)c2， 3‑a2s2； 上式中， ix表示机械臂末端坐标系X轴在基坐标系X轴上的分量； iy表示机械臂末端坐标系X轴在基坐标系Y轴上的分量； iZ表示机械臂末端坐标系X轴在基坐标系Z轴上的分量； jx表示机械臂末端坐标系Y轴在基坐标系X轴上的分量； jy表示机械臂末端坐标系Y轴在基坐标系Y轴上的分量； jZ表示机械臂末端坐标系Y轴在基坐标系Z轴上的分量； kx表示机械臂末端坐标系Z轴在基坐标系X轴上的分量； ky表示机械臂末端坐标系Z轴在基坐标系Y轴上的分量； kZ表示机械臂末端坐标系Z轴在基坐标系Z轴上的分量； px表示机械臂末端相对于原点 坐标在X向的位移； py表示机械臂末端相对于原点 坐标在Y向的位移； pZ表示机械臂末端相对于原点 坐标在Z方向的位移； si,j＝sin( θi+θj)， ci,j＝cos( θi+θj)， θi与θj分别表示各个关节转角值， 本步骤中， i＝1, 2,…,6， j＝1,2, …,6。 5.根据权利要求4所述的机械臂参数误差识别及补偿方法， 其特征在于： 所述的步骤3 中， 具体过程是， 通过读取上述测量工具中相关传感器的数值， 获得X、 Y向的运动误差集Ex ＝{x1,x2,...,xi} i＝1,2,...,n和Ey＝{y1,y2,...,yi} i＝1,2,...,n； 再通过机械臂控制 系统， 获得位移误差集对应的关节转角集 合， 表达式如下： 式中， 表示在运动到某个点时关节角 θ2, θ3, θ4, θ5组成的向量。 6.根据权利要求5所述的机械臂参数误差识别及补偿方法， 其特征在于： 所述的步骤4 中， 具体过程是， 4.1)根据步骤2得到的机械臂运动学模型， 建立参数误差补偿模型， 机械臂X、 Y向的坐 标表达式如前 所示， 分别为： px＝c1[a2c2+(a3‑d7c4s5)c23+(d4+d7c5)s23]+s1(d7s4s5‑d3)            (1) py＝s1[a2c2+(a3‑d7c4s5)c23+(d4+d7c5)s23]‑c1(d7s4s5‑d3)             (2) 设机械臂运动平面 为工作坐标系的XOZ面， 将上述两式简写为： px＝fx( θ2, θ3, θ4, θ5,d3,d4,d7,a2,a3)；                               (3) py＝fy( θ2, θ3, θ4, θ5,d3,d4,d7)；                                   (4) 式中， ai表示连杆长度； θi表示关节转角； di表示连杆偏置距离； 引入参数误差后， 机 械臂X、 Y向的坐标变换为：权　利　要　求　书 2/4 页 3 CN 115042189 A 3