【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于误差标定领域，尤其涉及一种基于特征构件的并联坐标测量机的误差自标定方法。
技术介绍
1、并联机器人因其高精度和高刚度的特性，在精密制造、航空航天等领域得到了广泛应用。然而，受到机械加工、装配等方面误差的影响，并联坐标测量机的几何参数与其设计值之间都会存在偏差，在此基础上对并联坐标测量机进行运动解算，必然会导致末端测量头的位姿偏差。因此，有必要对并联坐标测量机的几何参数与关节零位进行校准，提高末端的定位精度，为机器人的稳定控制奠定基础。
2、标定方法主要分为外部标定法和内部标定法两种。内部标定法通过在主动和从动关节上安装数量超过机器人自由度的传感器，实时测量冗余运动信息来进行误差参数辨识。内部标定法具有不需要额外测量仪器、环境适应性强、检测速度快、易于实现自动化标定和在线误差补偿等优点。然而，内部标定法需要测量所有关节处的误差信息，传感器的安装会增加并联机构设计难度并提高加工制造成本。
3、而目前对并联机器人几何参数标定手段的外部标定法通过直接坐标测量机器人末端执行器的位置和姿态来确定参数，但是往往需要高精度的测量设备，成本较高。比如，中国专利申请公布号cn114894086a中，公开了一种基于激光跟踪仪的误差标定方法，标定成本高，且测量复杂。中国专利申请公布号cn113183137a中，公布了一种基于位移传感器的参数标定装置。装置包括三个相互正交的平面，三个平面上分别固定有1个、2个和3个位移传感器，且位移传感器的测杆轴线与对应的平面垂直，装置通过支架固定在六自由度并联机构的定平台上，通过位
技术实现思路
1、为了解决现有方法中标定成本高、耗时长、环境适应性差的问题，本专利技术提供了一种基于特征构件的并联坐标测量机的误差自标定方法，包括：
2、搭建并联机构并构建所述并联机构的几何误差模型，确定误差参数；
3、通过坐标测量机对特征构件进行测量，获得每个标准球的半径值与每两个标准球之间的球心距；测量完成后，将所述特征构件安装在并联坐标测量机的工作空间中，基于球心距约束和球径约束进行数据采集，对应构建基于球心距约束的误差方程和基于球半径约束的误差方程；
4、将所述基于球心距约束的误差方程和基于球半径约束的误差方程组合获得基于多种特征约束的误差标定模型，使用lm方法，对所述误差标定模型的运动学误差参数进行辨识、修正和代入，如此反复，直至所述运动学误差参数不再变化时停止迭代，获得对应的并联坐标测量机的几何误差参数；
5、根据所述几何误差参数对坐标测量机中由几何误差导致的末端姿态误差进行补偿。
6、优选地，所述并联机构包括静平台、支链和动平台；
7、所述并联机构的驱动为由伺服电机、滚珠丝杆和导轨组成的移动副输入；
8、所述支链包括移动副和虎克铰；
9、所述动平台的末端安装有触发式测头，用于输出坐标测量机与被测零件的接触触发信号，当并联机构控制器接收到运动指令后，将目标运动分解为四条平移轴的位移，由对应轴的伺服电机驱动滚珠丝杆旋转，实现平移轴上滑块运动，通过四轴滑块的协调运动，实现末端动平台在x、y、z轴的平移运动和绕z轴的旋转运动。
10、优选地，构建所述并联机构的几何误差模型的过程包括建立运动学方程；
11、所述建立运动学方程的过程包括：
12、在静平台的中心上建立所述并联机构的基坐标系o-xyz，在动平台的中心上建立所述并联机构的动坐标系o'-xyz；
13、在所述并联机构的运动学反解模型中求解并联机构的运动学反解，其中，输入变量为动坐标系相对于基坐标系的位姿，输出为四个移动副的位移量；
14、分析支链，取基坐标系中心o到基座上a点的矢量为移动副的运动方向的单位矢量为移动副滑块上一点p到基座上a点的距离为即并联机构的驱动变量；移动副上p点到虎克铰1中心d点的矢量为虎克铰1到虎克铰2的杆长为方向矢量为动坐标系中心o'到虎克铰2中心b点的矢量为基坐标系中心o到动坐标系中心o'的矢量为记基坐标系到动坐标系的旋转矩阵为r，则使用闭环矢量法得到矢量方程为：
15、ai+piei+di+liui＝q+rbi (1)
16、基于连杆长度li不变的约束求得：
17、
18、其中ei＝q+rbi-ai-di；
19、使用牛顿法迭代求解并联结构的运动学正解，设置迭代精度当前后两次迭代结果之差的二范数小于所述迭代精度，迭代结束。
20、优选地，构建所述并联机构的几何误差模型的过程包括建立误差映射模型；
21、所述建立误差映射模型的过程包括：
22、考虑工件加工误差和装配误差的误差源，对支链进行分析，建立运动学误差映射模型，并去除线性相关的向量得到：
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为实际末端位姿与理论位姿的差异，δp表示末端的位置误差，δθz表示末端的z轴姿态误差，δε表示几何误差参数，表示连杆的方向向量；
27、进一步将支链的误差模型表示为：
28、ai·δy＝bi·δεi,i＝1,2,3,4(4)
29、将支链的误差模型组合即可获得并联机构的几何误差模型：
30、δy＝jq-1jε·δε＝jp·δε (5)
31、其中jq＝[a1,a2,a3,a4]，jε＝diag(b1,b2,b3,b4)；
32、根据所述几何误差模型计算获得机构的几何误差对末端位姿误差的影响关系。
33、优选地，所述工件加工误差包含：动平台三个虎克铰的位置误差连杆长度与滑块相邻的虎克铰的位置立柱位置相对于静平台中心的误差
34、所述装配误差包含：移动副的轴线方向以及在静平台上的位置初始位置定位误差影响滚珠丝杆滑块的初始位置δp。
35、优选地，基于球心距约束和球径约束进行数据采集的过程包括：
36、控制坐标测量机末端接触特征构件中的标准球，在每个位置控制坐标测量机末端使用接触式测头对特征构件上的标准球表面均匀地多次测量，读取并记录下每次测量的测量读数与四个平移轴的位置读数；并获取在不同工作空间位置处的误差，多次改变特征构件在并联坐标测量机工作空间中的位置，进行多组数据采集。
37、优选地，构建基于球心距约束的误差方程的过程包括：
38、将记录的平移轴数据和测量读数按照测量中特征构件的位置分为若干组，将拟合后的球心距与使用坐标测量机测量的理论球心距作差，获得球心距误差，构建基于球心距约束的误差本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种基于特征构件的并联坐标测量机的误差自标定方法，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的基于特征构件的并联坐标测量机的误差自标定方法，其特征在于，
3.根据权利要求1所述的基于特征构件的并联坐标测量机的误差自标定方法，其特征在于，构建所述并联机构的几何误差模型的过程包括建立运动学方程；
4.根据权利要求1所述的基于特征构件的并联坐标测量机的误差自标定方法，其特征在于，构建所述并联机构的几何误差模型的过程包括建立误差映射模型；
5.根据权利要求4所述的基于特征构件的并联坐标测量机的误差自标定方法，其特征在于，
6.根据权利要求1所述的基于特征构件的并联坐标测量机的误差自标定方法，其特征在于，基于球心距约束和球径约束进行数据采集的过程包括：
7.根据权利要求1所述的基于特征构件的并联坐标测量机的误差自标定方法，其特征在于，构建基于球心距约束的误差方程的过程包括：
8.根据权利要求1所述的基于特征构件的并联坐标测量机的误差自标定方法，其特征在于，构建基于球半径约束的误差方程的过程包括：
...【技术特征摘要】
1.一种基于特征构件的并联坐标测量机的误差自标定方法，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的基于特征构件的并联坐标测量机的误差自标定方法，其特征在于，
3.根据权利要求1所述的基于特征构件的并联坐标测量机的误差自标定方法，其特征在于，构建所述并联机构的几何误差模型的过程包括建立运动学方程；
4.根据权利要求1所述的基于特征构件的并联坐标测量机的误差自标定方法，其特征在于，构建所述并联机构的几何误差模型的过程包括建立误差映射模型；
5.根据权利要求4所述的基于特征构件的并联坐标测量机的误差自标定方法，其特征在...
【专利技术属性】
技术研发人员：林初畅，吴海涛，刘盼，
申请(专利权)人：上海智能制造功能平台有限公司，
类型：发明
国别省市：
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