基于球杆仪的三自由度串联机械臂运动学标定方法研究

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1、基于球杆仪的三自由度串联机械臂运动学标定方法研究车亚肖杨新刚高峰黄玉美韩文涛高恒西安理工大学机械与精密仪器工程学院摘要：考虑所标定机械臂的几何结构特点，采用修正五参数法描述参数误差并建立机械臂末端位置谋差模型;在机械臂零位标定基础上，采用单球杆一次安装测得标定所需数据;基于机械臂和球杆仪所组成闭链的儿何约束条件和末端位置误差模型建立参数误差辨识模型，并用非线性最小二乘迭代法求得几何参数误差。完成了标定实验，并采用综合误差补偿法进行了机械臂误差补偿。在给定的两条测试轨迹上，球杆长度变化差分别由标定前的0.395mm、0.456mm减小到标定后的0.005

2、mm、0.010mm。研究表明：该标定方法有效正确，提高了机械臂的位置精度。关键词：机械臂;球杆仪；参数误差;标定;作者简介：车亚肖，女，1989年11月生，陕西宝鸡人，汉族，硕士研究生。主要研究方向为机器人的标定技术。作者简介：杨新刚，男，1972年06刀生，陕西西安人，汉族，副教授。主要研究方向为工业机器人设计方法，参数标定及数控设备误差补偿。收稿日期:2016-02-29基金：陕西省教育厅科研计划项Fl(11JS073,12JK0684)资助RESEARCHONKINEMATICCALIBRATIONMETHODOFTHREEDEGREEOFFR

3、EEDOMSERIESMANIPULATORBASEDONBALLBARCHEYaXiaoYANGXinGangGAOFengHUANGYuMeiHANWenTaoGAOHengSchoolofMechanicalandPrecisionInstrumentEngineering,Xi'anUniversityofTechnology;Abstract：Consideringgeometrystructurecharacteristicsofthemanipulatorbeingcalibratedandusingmodified5-parameter

4、methodtodescribeitsgeometricpatametererrors,anendpositionerrormodelofthemanipulatorisproposed.Afterthezeropositioncalibrationofthemanipulator,measurementdatausedincalibrationprocessisobtainedbyonetimeballbarinstallation.Anerroridentificeitionmodelisbidltbasedonthegeometricconstr

5、aintsofclosedkinematicchain一composedofthemanipulatorandballbaraswellastheendpositionerrormodel,thenthemanipulatorgeometricparameterserrorsarecalculatedusingnonlinear1eastsquareiterativemethod.Acalibrationexperimentiscompleted,andtheerrorsofthememipulatorarccompcnsatedbyintegrate

6、derrorcompensationmethod.Alongtwogiventestendpointpaths,theballbarlengthvariationdecreasedfromO.395mm,0.456nunto0・005mm,0.010mmrespectivelybeforeandaftercalibration.Theresearchshowsthatthecalibrationmethodiseffectiveandcorrect,andthepositionaccuracyofthemanipulatorisimproved.Key

7、word：Manipulator;Eallbar;Paranetererrors;Calibration;Received：2016-02-29引言机械臂的运动精度及定位精度是其重要的性能指标。在影响机械臂精度的主耍因素中，连杆儿何参数误差相对于连杆柔性变形误差和关节柔性变形误差对机械臂末端精度的影响大很多，几何参数误差造成的影响占据80%左右IH；几乎95%的串联机械臂可以通过标定技术降低其位置和方向的定位误差⑵。目前市场上的机械臂定位精度仅达到毫米量级，有必要通过运动学标定和误差补偿技术來提高机械臂末端的运动和定位精度，扩大其应用领域[3-6]o近

8、年来国内自动化生产线的机械臂井喷式应用和“机器换人工程”持续推进背景之下，对机械臂进行运动学标