(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 202210742076.6 (22)申请日 2022.06.27 (71)申请人 合肥工业大 学 地址 230009 安徽省合肥市屯溪路193号 (72)发明人 赵会宁　樊梦瑶　闻杰　于连栋　 夏豪杰　 (74)专利代理 机构 北京科名专利代理有限公司 11468 专利代理师 陈朝阳 (51)Int.Cl. G06F 30/20(2020.01) G06F 17/18(2006.01) G06F 17/16(2006.01) (54)发明名称 一种考虑旋转关节定位误差的串联机器人 运动学建模方法 (57)摘要 本发明公开了一种考虑旋转关节定位误差 的串联机器人运动学建模方法， 包括： 根据串联 机器人的初始姿态， 采用DH建模理论建立串联机 器人的测量模 型； 将所述串 联机器人末端执行器 球心坐标向量代入所述测量模型； 将所述圆光栅 角度传感器所述采集的角度误差的修正值及机 器人杆件长度误差值代入所述测量模 型， 进行误 差补偿； 在误差补偿后的测量模型中， 将角度定 位偏差建模为命令角度位置的函数， 代替所述角 度误差的修正值， 获得第一运动学模型。 该方法 在提高建模效率和计算的同时， 也可减少因旋转 轴的角度定位误差通常由角度传感器偏心误差、 减速器性能等因素引起的影响。 权利要求书3页 说明书9页 附图3页 CN 115062482 A 2022.09.16 CN 115062482 A 1.一种考虑旋转关节定位误差的串联机器人运动学建模方法， 其特征在于， 该方法包 括： 根据串联机器人的初始姿态， 采用DH建模理论建立串联机器人的测量模型； 在所述初 始姿态下 所述串联机器人的各个旋转关节转过角度的名义 值为零； 将所述串联机器人末端执行器球心坐标向量代入所述测量模型； 所述测量模型包括： 各个关节变量 值， 杆件长度值， 杆件扭角值及杆件偏置量 值； 将所述圆光栅角度传感器所述采集的角度误差的修正值及机器人杆件长度误差值代 入所述测量模型， 进行误差补偿； 在误差补偿后的测量模型中， 将角度定位偏差建模为命令角度位置的函数， 代替所述 角度误差的修正值， 获得第一运动学模 型； 所述角度定位偏差为： 由旋转轴的指 令角位置和 旋转轴的旋转方向引起的偏差 。 2.根据权利要求1所述的方法， 其特征在于， 在所述第一运动学模型中， 将旋转轴径向 误差运动建模为命令角度位置的函数， 补偿所机器人杆件长度的误差值， 获得第二运动学 模型； 所述旋转轴径向误差运动为： 由轴承带的圆度误差、 轴承球和配合旋转间隙的运动引 起的误差 。 3.根据权利要求2所述的方法， 其特征在于， 采用DH建模理论建立串联机器人的测量模 型为： 其中： 式中： θi表示关节变量， 即指相邻杆件之间相对位置的变化量； di表示杆件i的偏置量， 即指杆长li‑1及li在关节i轴线上截取的距离； li表示杆件 长度， 即相邻旋转关节轴线之间的 最短距离； αi表示杆件扭角， 即将同一杆件的任一轴线向另一轴线移动， 使之相交， 则此二 直线决定一个与杆件长度li垂直的平 面， 此二直线的平面夹角就是该杆件的扭角 αi； Ai表示 杆件i‑1的坐标系{i ‑1}向杆件i的坐标系{i}转换的矩阵； Rot(zi‑1， θi)表示绕杆件i ‑1的坐 标系z轴旋转θi角度； Trans(0， 0， di)表示沿杆件i的坐标系z轴平移di距离； Trans(li， 0， 0) 表示沿杆件i的坐标系x轴平 移li距离； Rot(xi， αi)表示绕杆件i的坐标系x轴旋转αi角度。 4.根据权利要求3所述的方法， 其特征在于， 将所述串联机器人末端执行器球心坐标向权　利　要　求　书 1/3 页 2 CN 115062482 A 2量代入所述测量模型， 包括： 假设末端执行器球心坐标向量P＝[xp,yp,zp]T， 表示探测球心在串联机器 人世界坐标系 内的位置； 将齐次转换矩阵Ai代入公式(1)中， 串联机器人的测量模型表示 为： 其中， xp,yp,zp表示末端执 行器球心坐标向量。 5.根据权利要求4所述的方法， 其特征在于， 将所述 圆光栅角度传感器所述采集的角度 误差的修 正值及机器人 杆件长度的误差值代入公式(3)， 进行误差补偿： 式中， Δθi表示初始零 位或相位角， Δli表示机器人第i杆件长度误差值。 6.根 据 权 利 要 求 5 所 述 的 方 法 ， 其 特 征 在 于 ， 所 述 角 度 定 位 偏 差 采 用 表示； 表示第i旋转轴的指令角位置， pi为第i旋转 轴索引命令角位置序号， 表示第i旋转轴在指令角位置的旋转方向， 表 示第i旋转轴在指令角位置的角速度； 当 时， 被赋值为1； 当 时， 被赋值为 ‑ 1。 7.根据权利要求6所述的方法， 其特征在于， 所述第一运动学模型中θi由Θi(k)替代； Θi(k)表示第i旋转轴的估计角位置， 当第i旋转轴的命令角任意给定为 时， 估计角位 置通过线性插值计算得 出： 其中， pi需满足：权　利　要　求　书 2/3 页 3 CN 115062482 A 3