一种基于倾角约束的Stewart并联机器人运动学标定方法

摘要

本发明公开了一种基于倾角约束的Stewart并联机器人运动学标定方法。首先，从理论上构造了一种新型的运动约束——倾角恒定约束，即分组保持Stewart并联机器人运动平台相对水平面的两个倾角恒定；其次，采用伺服调节方式高精度的物理实现了所构造的运动约束；再次，根据运动约束基于最小二乘原理建立了标定模型；最后，通过求解非线性最小二乘优化问题辨识模型参数，并在机器人控制软件中进行补偿。该方法充分利用了测量仪器的重复精度优于位置测量精度的特点，具有标定效果好、测量简单、标定过程自动化程度高等优点。

主权项

1.一种基于倾角约束的Stewart并联机器人运动学标定方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)构造运动约束：在标定过程中选取多组测量位形，在属于同一组的各个测量位形处，保持运动平台相对大地水平面的两个倾角恒定；而在不同组的测量位形之间，使得相应的倾角值不相同；令α_x′和α_y′表示并联机器人运动平台相对水平面的两个倾角，则倾角恒定约束的数学描述为：$\left\{\begin{array}{c}{\alpha }_{x^{\prime }(i_1,j_1)}={\alpha }_{x^{\prime }(i_2,j_2)},i_1=i_2\\ {\alpha }_{y^{\prime }(i_1,j_1)}={\alpha }_{y^{\prime }(i_2,j_2)},i_1=i_2\\ {\alpha }_{x^{\prime }(i_1,j_1)}\ne {\alpha }_{x^{\prime }(i_2,j_2)},i_1\ne i_2\\ {\alpha }_{y^{\prime }(i_1,j_1)}\ne {\alpha }_{y^{\prime }(i_2,j_2)},i_1\ne i_2\end{array}\right.,$i₁,i₂=1,2,...,m,j₁,j₂=1,2,...,n    公式(一)；式中：m——测量位形分组数，可取满足条件m≥2的任意值；n——每组中的位形个数，可取满足条件n≥2且mn≥16的任意值；(2)利用伺服调节方式物理实现运动约束：使用外部测量仪器作为并联机器人输出信息的检测设备，构建测量信息反馈通道，设计伺服调节控制器，形成被测量的闭环伺服调节系统；根据被测量与给定值之间的偏差，由伺服调节控制器产生并联机器人主动关节的调节量，通过不断的调整主动关节输入来相应地改变运动平台的位姿输出，使之满足所构造的运动约束形式；在每个满足运动约束的测量位形处，通过安装在并联机器人各驱动关节上的传感器测量主动关节变量；(3)建立标定模型：将所构造的运动约束中应当保持恒定的量作为运动约束变量，建立能够反映同组测量位形之间运动约束变量差异的残差向量；以控制残差向量的平方和最小为目的构造目标函数，基于最小二乘原理建立标定模型，将运动学标定问题转化为非线性最小二乘优化问题；(4)辨识模型参数并补偿：通过求解非线性最小二乘优化问题实现标定模型的参数辨识，通过修改并联机器人控制软件中运动学模型参数的设计值来最终实现机器人的运动精度补偿。