一种并联机器人运动平台的运动学标定方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种并联机器人运动平台的运动学标定方法及装置，属于机器人运动学标定领域。所述装置包括5PUS

【技术实现步骤摘要】
一种并联机器人运动平台的运动学标定方法及装置


[0001]本文涉及先进制造与自动化
，尤其涉及一种并联机器人运动平台的运动学标定装置及方法。

技术介绍

[0002]并联机器人的运动精度主要受到几何误差源的影响，基于误差源传递系数的分析指出，其零点误差对末端位置误差的影响远高于其他几何误差源。运动学标定作为一种实用和有效的方法常被用于并联机构的里运动学标定中，其主要分为误差建模、误差测量、参数辨识和误差补偿等4个阶段。其中，参数辨识模型和测量点的适当选取尤为重要。
[0003]就结构而言，5PUS
‑
RPUR并联平台代表6条支链中，5条为PUS支链和1 条RPUR支链，其中P代表移动副，U代表虎克铰，R代表转动副，S代表球副，这种类型的五自由度冗余驱动机构，在舰载卫星稳定跟踪平台应用上具有重要的理论意义与工程应用价值；就误差测量方式而言，运动学标定可分为自标定法和外部标定法。自标定法利用安装于机器人关节空间的检测设备获取测量信息；外部标定法利用外部设备检测机器人末端位置信息，都是目前常用的测量方法。本专利通过测量运动结束后电机编码器的数据，结合基于5PUS
‑
RPUR运动学建立的误差模型建立目标函数，通过遗传算法辨识5PUS
‑
RPUR的误差模型中的误差项，并对测量点的优选方法进行了研究，仿真和实验，验证了该方法的有效性，极大地提高了并联机器人地运动精度。

技术实现思路

[0004]本专利技术提供了一种5PUS
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RPUR并联机器人运动平台的运动学标定装置及方法，能够在兼顾成本的条件下，实现5PUS
‑
RPUR并联机器人的快速、准确的运动学自标定。本专利技术仅需要惯性传感器和编码器，测量设备简单高效，在理论的运动学模型上，合理设定误差项的范围，通过遗传算法快速、较准确地辨识出误差项，建立实际运动学模型，为5PUS
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RPUR并联机器人的运动控制建立基础。
[0005]本专利技术的技术方案如下：
[0006]本专利技术首先提供了一种并联机器人运动平台的运动学标定装置，其包括： 5PUS
‑
RPUR并联机器人运动平台、GTS运动控制板卡、伺服电机模组、IMU560 惯性传感器和上位机；
[0007]所述的5PUS
‑
RPUR并联机器人平台包括动平台、静平台以及连接动平台与静平台的六条支链；六条支链中，五条为PUS支链和一条RPUR支链，其中P 代表移动副，U代表虎克铰，R代表转动副，S代表球副；其中PUS支链的一端通过球铰连接动平台，另一端通过虎克铰与设置在静平台上的滚珠丝杠模组相连；其中，五个与动平台连接的球铰在动平台平面上呈圆周均匀分布，五个球铰距离动平台中心的距离相同；五个滚珠丝杠模组中的丝杠沿静平台的径向方向布置在静平台的表面，且相邻的滚珠丝杠模组之间的角度均相同；所述虎克铰能够沿滚珠丝杠模组的丝杠方向移动；所述RPUR支链的两端分别通过球铰连接动平台
和与静平台的中心；
[0008]所述的伺服电机模组有五个，分别与五条PUS支链对应的滚珠丝杠模组相连，对滚珠丝杠模组进行控制，伺服电机模组与其相连的滚珠丝杠模组、滚珠丝杠模组上的虎克铰构成移动副；所述GTS运动控制板卡与伺服电机模组相连从而实现对5PUS
‑
RPUR并联机器人运动平台的控制，所述伺服电机模组上设置有编码器用于测量各PUS支链的位移；所述IMU560惯性传感器设置在动平台上，用于测量姿态；
[0009]上位机负责人机交互和对GTS运动控制板卡的实时监测，上位机向GTS运动控制板卡发送运动指令，由GTS运动控制板卡计算脉冲频率和方向，将处理过的信号进一步发送至伺服电机模组，由伺服电机模组带动滚珠丝杠模组，从而实现驱动支链之间协调运动；IMU560惯性传感器检测到的动平台位姿和编码器获得的丝杠位置和速度信息均发送至上位机。
[0010]本专利技术还提供了一种基于所述运动学标定装置的5PUS
‑
RPUR并联机器人运动平台的运动学标定方法，其包括如下步骤：
[0011]S01:根据5PUS
‑
RPUR并联机器人运动平台的结构建立其运动学模型，分析误差来源，将误差项代运动学模型建立误差映射模型；
[0012]S02:手动或自动运动各PUS支链连接的移动副，用激光测距传感器测量虎克铰到滚珠丝杠模组下端面的距离，使其和设计的理论值相等；
[0013]S03:在五根PUS支链的滚珠丝杠模组挡片处安装限位开关，将其作为零点，用GTS运动运动控制卡启动5PUS
‑
RPUR并联平台的伺服电机模组，将虎克铰运动到到限位开关处；
[0014]S04:将5PUS
‑
RPUR并联机器人运动空间划分为8份，选取各子空间的近似中心位置作为测点位置[x
i
,y
i
,z
i
],设置PUS支链移动副误差为常数，在8个测点遍历平台的所有姿态，即任意选定一个PUS支链，在8个测点分别找到使该PUS 支链上球铰位置误差最大的两组测点角度，每组测点角度以[a
ij
,b
ij
]表示，其中， a
ij
为测点角度对应的偏航角、b
ij
为测点角度对应的俯仰角，i＝1
‑
8,j＝1、2，得到 16个测点数据[x
i
,y
i
,z
i
,,a
ij
,b
ij
]；
[0015]S05:开启编码器，实时检测各支链滚珠丝杠模组的位移变化量，选取一个测点数据，启动5PUS
‑
RPUR并联机器人运动平台使其运动，运动结束后，记录编码器测量的移动副实际位移量L
iIMU
，通过IMU560惯性传感器测量动平台的位姿变化量，将动平台位姿变化量代入误差映射模型，计算出所得移动副的实际位移量L
ie
，其中L
ie
含有待标定的误差项，误差项为未知数；
[0016]S06:重复步骤S05，直到遍历16个测点数据，将作为误差辨识目标方程，f(X)表示编码器测量移动副实际位移量L
iIMU
与通过IMU 测量动平台位姿变化量代入误差映射模型计算出的实际位移量L
ie
之差的绝对值， X表示误差项，其是变量；用遗传算法对误差项进行辨识，求解各误差项，完成运动学标定。
[0017]作为本专利技术的优选方案，所述S01中的误差来源为平台初始位姿误差、终点位姿误差、虎克铰中心点位置误差和球铰中心点位置误差；虎克铰中心点位置误差包括静平台半径偏角误差Δω、侧板角度偏差Δλ、移动副零点偏差Δθ以及静平台半径长度制造误差ΔD；球铰中心点位置误差包括球铰安装位置偏差球铰高度偏差Δd，动平台半径长度制造误差ΔR。<本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种并联机器人运动平台的运动学标定装置，其特征在于包括：5PUS
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RPUR并联机器人运动平台、GTS运动控制板卡、伺服电机模组、IMU560惯性传感器和上位机；所述的5PUS
‑
RPUR并联机器人平台包括动平台、静平台以及连接动平台与静平台的六条支链；六条支链中，五条为PUS支链和一条RPUR支链，其中P代表移动副，U代表虎克铰，R代表转动副，S代表球副；其中PUS支链的一端通过球铰连接动平台，另一端通过虎克铰与设置在静平台上的滚珠丝杠模组相连；其中，五个与动平台连接的球铰在动平台平面上呈圆周均匀分布，五个球铰距离动平台中心的距离相同；五个滚珠丝杠模组中的丝杠沿静平台的径向方向布置在静平台的表面，且相邻的滚珠丝杠模组之间的角度均相同；所述虎克铰能够沿滚珠丝杠模组的丝杠方向移动；所述RPUR支链的两端分别通过球铰连接动平台和与静平台的中心；所述的伺服电机模组有五个，分别与五条PUS支链对应的滚珠丝杠模组相连，对滚珠丝杠模组进行控制，伺服电机模组与其相连的滚珠丝杠模组、滚珠丝杠模组上的虎克铰构成移动副；所述GTS运动控制板卡与伺服电机模组相连从而实现对5PUS
‑
RPUR并联机器人运动平台的控制，所述伺服电机模组上设置有编码器用于测量各PUS支链的位移；所述IMU560惯性传感器设置在动平台上，用于测量姿态；上位机负责人机交互和对GTS运动控制板卡的实时监测，上位机向GTS运动控制板卡发送运动指令，由GTS运动控制板卡计算脉冲频率和方向，将处理过的信号进一步发送至伺服电机模组，由伺服电机模组带动滚珠丝杠模组，从而实现驱动支链之间协调运动；IMU560惯性传感器检测到的动平台位姿和编码器获得的丝杠位置和速度信息均发送至上位机。2.一种基于权利要求1所述运动学标定装置的5PUS
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RPUR并联机器人运动平台的运动学标定方法，其特征在于包括如下步骤：S01:根据5PUS
‑
RPUR并联机器人运动平台的结构建立其运动学模型，分析误差来源，将误差项代运动学模型建立误差映射模型；S02:手动或自动运动各PUS支链连接的移动副，用激光测距传感器测量虎克铰到滚珠丝杠模组下端面的距离，使其和设计的理论值相等；S03:在五根PUS支链的滚珠丝杠模组挡片处安装限位开关，将其作为零点，用GTS运动运动控制卡启动5PUS
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RPUR并联平台的伺服电机模组，将虎克铰运动到到限位开关处；S04:将5PUS
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RPUR并联机器人运动空间划分为8份，选取各子空间的近似中心位置作为测点位置[x
i
,y
i
,z
i
],设置PUS支链移动副误差为常数，在8个测点遍历平台的所有姿态，即任意选定一个PUS支链，在8个测点分别找到使该PUS支链上球铰位置误差最大的两组测点角度，每组测点角度以[a
ij
,b
ij
]表示，其中，a
ij
为测点角度对应的偏航角、b
ij
为测点角度对应的俯仰角，i＝1
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8,j＝1、2，得到16个测点数据[x
i
,y
i
,z
i
,,a
ij
,b
ij
]；S05:开启编码器，实时检测各支链滚珠丝杠模组的位移变化量，选取一个测点数据，启动5PUS
‑
RPUR并联机器人运动平台使其运动，运动结束后，记录...

【专利技术属性】
技术研发人员：李研彪，叶家铭，顾云飞，朱奕名，王标，李家盛，吴晨涛，
申请(专利权)人：浙江工业大学，
类型：发明
国别省市：