(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 202210733538.8 (22)申请日 2022.06.27 (71)申请人 河北工业大 学 地址 300401 天津市北辰区双口镇西平 道 5340号 (72)发明人 吴锦辉　田鹏鹏　韩旭　王顺宇　 陶友瑞　 (74)专利代理 机构 天津市鼎拓知识产权代理有 限公司 12 233 专利代理师 刘雪娜 (51)Int.Cl. B25J 9/16(2006.01) (54)发明名称 一种工业机 器人定位 误差补偿方法 (57)摘要 本申请公开了一种工业机器人定位误差补 偿方法。 本申请通过构建考虑关节 柔性的定位误 差模型； 将 工业机器人关节运动数据样本输入至 考虑关节 柔性的定位误差模型， 得到工业机器人 定位误差低保真度数据； 建立与关节 坐标系相匹 配的测量基准坐标系， 利用激光跟踪仪实时测量 工业机器人在各关节运动数据下相对应的定位 误差高保真度数据； 融合低保真度数据与高保真 度数据， 得到工业机器人多保真度定位误差模 型； 搭建数字孪生平台， 建立工业机器人实体与 多保真度定位误差模型之间的数据交互， 对多保 真度定位误差模型更新， 提高模型准确性， 同时 通过定位误差数据对工业机器人的各运动数据 更新， 再驱动工业机器人进行定位误差补偿后的 运动， 实现定位 误差补偿。 权利要求书3页 说明书9页 附图2页 CN 115091455 A 2022.09.23 CN 115091455 A 1.一种工业机器人定位误差补偿方法， 所述工业机器人为多自由度工业机器人， 且其 具有若干个关节； 其特 征在于， 所述定位 误差补偿方法包括以下步骤： S1： 获取工业机器人关节运动数据； 所述关节运动数据由工业机器人关节在关节坐标 系中按预设轨 迹运动得到； S2： 根据工业机器人关节运动数据， 计算动力学 数据； S3： 辨识相关动力学参数， 并结合动力学 数据， 构建刚体动力学模型； S4： 在刚体动力学模型中， 辨识工业机器人各关节刚度， 构建考虑 关节柔性的动力学模 型； S5： 建立各个关节的运动参数和末端定位误差的映射关系， 构建考虑关节柔性的定位 误差模型； S6： 获取工业机器人关节运动数据样本； 所述关节运动数据样本由工业机器人在关节 空间角位移、 角速度及角加速度约束区间内随机生成； S7： 将工业机器人关节运动数据样本输入至考虑关节柔性的定位误差模型， 得到工业 机器人定位 误差低保真度数据； S8： 建立与关节坐标系相匹配的测量基准 坐标系； S9： 在测量基准坐标系下， 利用激光跟踪仪实时测量工业机器人在各关节运动数据下 相对应的定位 误差高保真度数据； S10： 融合工业机器人定位误差的低保真度数据与高保真度 数据， 得到工业机器人多保 真度定位 误差模型； S11： 计算工业机器人多保真度定位 误差模型中的均方根 误差和相关系数； S12： 判断均方根误差小于均方根误差阈值， 且相关系数大于相 关系数阈值时， 则工业 机器人多保真度定位误差模型符合模型精度标准； 否则， 执行步骤S6 ‑S9， 获取低保真度数 据集和高保真度数据集， 直至 工业机器人多保真度定位 误差模型符合模型精度标准； S13： 搭建数字孪生平台， 利用该工业机器人多保真度定位误差模型的定位误差数据结 合工业机器人实体对工业机器人 各关节运动数据补偿。 2.根据权利要求1所述的一种工业机器人定位误差补偿方法， 其特征在于， 在步骤S2 ‑ S4中， 包括以下步骤： 根据以下公式建立工业机器人广义驱动力矩与末端承受广义力之间的映射关系： 其中， 广义驱动力矩Γ∈R6×1； 末端承受广义力W∈R6×1； 为外载荷作用点处的工业机 器人对应的雅可比矩阵， 且 根据以下公式计算工业机器人相对于 外载荷作用的驱动力矩： Γ＝Kθ△θ； (1‑2) 其中， Kθ为工业机器人各关节刚度， 且 △θ为工业 机器人各关节对于初始位置的转动角度； 在操作空间中， 根据以下公式建立工业机器人末端位姿变形与其作用的外载荷之间的 映射关系：权　利　要　求　书 1/3 页 2 CN 115091455 A 2W＝Kx△X＝KxJm△θ； (1‑3) 其中， Kx为工业机器人末端参考点的刚度， 且Kx∈R6×6；△X为工业机器 人末端位姿变形， 且△X∈R6×1； Jm为工业机器人末端位姿变形测量 点处的雅可比矩阵， 且Jm∈R6×6； 根据以下公式建立工业机器人在关节空间中的关节刚度矩阵与其在操作空间中末端 参考点的刚度矩阵之间的映射关系： 其中， Kc为工业机器人关节刚度补偿矩阵， 且Kc∈R6×6： 根据以下公式计算工业机器人 各关节刚度： 其中， W为外载荷； △X为通过激光跟踪仪获取的工业机器人末端参 考点的位姿误差 。 3.根据权利要求1所述的一种工业机器人定位误差补偿方法， 其特征在于， 在步骤S5 中： 根据以下公式得到电机侧转矩与关节侧转矩的关系： 其中， τm为电机侧驱动力矩； τ为关节侧驱动力矩； B为电机转子惯量矩阵； 为电机侧 角加速度。 4.根据权利要求3所述的一种工业机器人定位误差补偿方法， 其特征在于， 在步骤S5 中： 根据以下公式表示电机侧角加速度： 其中， 为关节侧转动角度的二阶导数； 为关节刚度逆矩阵； 将公式(1 ‑7)代入公式(1 ‑6)得到电机侧转矩与关节侧转矩的关系： 5.根据权利要求1所述的一种工业机器人定位误差补偿方法， 其特征在于， 在步骤S5 中， 根据关节侧转矩计算定位 误差数据： 6.根据权利要求1所述的一种工业机器人定位误差补偿方法， 其特征在于， 在步骤S6 中： 利用拉丁超立方体抽样随机生成工业机器人关节运动数据样本： Slf＝[xlf(1),xlf(2),…,xlf(n)]T。 7.根据权利要求1所述的一种工业机器人定位误差补偿方法， 其特征在于， 在步骤S7 中， 获取工业机器人定位 误差低保真度数据集： 利用定位误差数据： ylf(x)＝[y(xlf(1)),y(xlf(2)),…,y(xlf(n))]T， 以及输入的各关节运 动数据： Slf＝[xlf(1),xlf(2),…,xlf(n)]T， 共同构建低保 真度数据集。权　利　要　求　书 2/3 页 3 CN 115091455 A 3