切削加工机器人静态误差补偿与动刚度模型的修正方法
专利汇可以提供切削加工机器人静态误差补偿与动刚度模型的修正方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本 发明 公开切削加工 机器人 静态误差补偿与动 刚度 模型的修正方法，涉及机器人加工技术领域，采用方案包括：根据 机器人本体 参数的描述文件对机器人进行运动学标定，辨识机器人结构参数，进行静态误差的补偿，同时记录标定过程的测量及计算数据；建立机器人整机动刚度模型，通过模态分析实验辨识模态参数并记录模态实验数据；检测机器人 位姿 精度 与动刚度模型是否满足机器人末端 定位 精度要求：a)若不满足精度要求，对机器人不同位姿下的受 力 情况进行运动学标定，并计算标定程中因机器人自重造成的弹性 变形 误差，修正标定过程中的静态误差补偿和机器人整机动刚度模型；b)若满足精度要求，则完成静态误差补偿和机器人动刚度模型的修正。，下面是切削加工机器人静态误差补偿与动刚度模型的修正方法专利的具体信息内容。
1.一种切削加工机器人静态误差补偿与动刚度模型的修正方法，其特征在于,该方法的实现过程包括：
步骤一、根据机器人本体参数的描述文件对机器人进行运动学标定，辨识机器人结构参数，进行静态误差的补偿，同时记录标定过程的测量及计算数据；
步骤二、建立机器人整机动刚度模型，通过模态分析实验辨识模态参数并记录模态实验数据；
步骤三、检测机器人位姿精度与动刚度模型是否满足机器人末端定位精度要求：
a)若不满足精度要求，对机器人不同位姿下的受力情况进行运动学标定，并计算标定程中因机器人自重造成的弹性变形误差，修正标定过程中的静态误差补偿，并基于修正后的静态误差补偿，返回步骤二，修正建立的机器人整机动刚度模型；
b)若满足精度要求，则完成静态误差补偿和机器人动刚度模型的修正。
2.根据权利要求1所述的切削加工机器人静态误差补偿与动刚度模型的修正方法，其特征在于，所述机器人本体参数的描述文件即能够完整描述机器人本体参数的规范性文件，所述描述文件的生成过程包括：
1)依据机器人的结构参数，对机器人动特性的灵敏度进行分析，所述结构参数包括功能组件、关节连接方式、结构组成三类，其中，所述功能组件包括驱动单元，连杆单元，减速器单元，所述关节连接方式包括一体化连接、联轴器连接，所述结构组成包括串联、并联、串并联结合；
2)根据分析结果制定参数描述的精度准则与规范；
3)采用标准化的XML文件格式作为载体，对功能组件、关节连接方式、结构组成三类参数进行灵敏度分析后，分别生成功能组件参数的描述文件、关节连接方式参数的描述文件、结构组成参数的描述文件；
4)开源xml文件生成器将功能组件参数的描述文件、关节连接方式参数的描述文件、结构组成参数的描述文件整合生成机器人本体参数的描述文件。
3.根据权利要求2所述的切削加工机器人静态误差补偿与动刚度模型的修正方法，其特征在于，依据机器人的结构参数，对机器人动特性的灵敏度分析，具体操作包括：
依据机器人结构参数建立机器人仿真模型；
依据机器人仿真模型，建立仿真动刚度模型；
以仿真动刚度模型为目标函数，对机器人结构参数进行灵敏度分析；
确定机器人结构参数变化对机器人控制系统动态特性的影响的灵敏度，并由机械工程师通过计算编程分析权衡结构参数的灵敏度，随后，人工制定参数描述的精度准则与规范。
4.根据权利要求1所述的切削加工机器人静态误差补偿与动刚度模型的修正方法，其特征在于，对机器人进行运动学标定就是运用先进的测量手段和适当的参数识别方法辨识机器人整机动刚度模型的准确参数,进而提高机器人精度的过程，该过程包括：
1)建模：利用仿真软件建立一个具有正确函数关系的关于机器人运动学的机器人模型，机器人模型表征了机器人结构参数及各关节角度与机器人末端在笛卡尔空间中位置的关系；
2)测量：命令机器人执行多组动作，记录机器人执行每组动作时关节角度值和激光跟踪仪实时采集的空间坐标值，同时，命令机器人模型同步执行机器人的动作，进而计算出机器人模型末端的理论笛卡尔空间位置，最终得到机器人实际位置与机器人模型理论位置；
3)参数识别：选取测量位置点的空间位置偏差的均方和为目标函数，以机器人结构参数作为优化变量，进行最优化求解，确定所建立机器人模型的误差系数；
4)误差修正：将误差系数输入仿真软件，进行机器人模型修正。
5.根据权利要求1-4中任一项所述的切削加工机器人静态误差补偿与动刚度模型的修正方法，其特征在于，建立整机动刚度模型的具体操作包括：
步骤(一)、获取机器人本体参数的描述文件，通过描述文件调用模型类库；
步骤(二)、首先，对机器人中影响误差分析的组件及组件接触特性进行理论分析，采用计算模态分析法建立各组件及组件接触特性的动刚度理论子模型，
随后，对机器人中影响误差分析的组件及组件接触特性进行模态实验，通过对激励、响应数据的采集与处理，建立组件及组件接触特性的动刚度实验子模型与模态子模型，辨识出模态参数并进行动刚度实验子模型的验证；
再随后，根据理论分析结果去除影响误差分析的极小因素，简化动刚度理论子模型的变量，通过动刚度实验子模型对相应组件及组件接触特性的动刚度理论子模型进行修正，获得符合精度要求的动刚度子模型；
最后，通过模态综合理论将符合精度要求的动刚度子模型综合为机器人的整机动刚度理论模型；
步骤(三)、对机器人整机进行模态实验，通过对激励、响应数据的采集与处理，建立机器人的整机动刚度实验模型与模态模型，辨识出模态参数并进行整机动刚度实验模型的验证；
步骤(四)、通过整机动刚度实验模型对整机动刚度理论模型进行修正，获得符合精度要求的整机动刚度模型。
6.根据权利要求5所述的切削加工机器人静态误差补偿与动刚度模型的修正方法，其特征在于，所述模型类库是应用面向对象的方法设计而成的，其设计过程包括：
1)借助工具SQLserver建立机器人组件误差分析基类，包括ID、误差分析方法和其他属性，用于分析组件误差产生的原因；
2)由机器人组件误差分析基类派生出功能组件类和关节连接方式类，其中，功能组件类是组件的刚度对误差影响的分析，功能组件类派生出杆件类、减速器类两个子类；
关节连接方式类是对组件接触刚度影响的分析，关节连接方式类派生出一体式连接和联轴器连接两个子类；
3)封装基类和派生出的子类，在建立机器人整机动刚度理论模型时，机器人本体参数的描述文件对模型类库的封装信息进行调用。
7.根据权利要求5所述的切削加工机器人静态误差补偿与动刚度模型的修正方法，其特征在于，通过模态综合理论将动刚度子模型综合为机器人的整机动刚度理论模型，这一过程包括：
对机器人中影响误差分析的组件及组件接触特性进行模态实验，通过对激励、响应数据的采集与处理，建立组件及组件接触特性的动刚度实验子模型与模态子模型，辨识出模态参数并进行动刚度实验子模型的验证；
根据理论分析结果去除影响误差分析的极小因素，简化动刚度理论子模型的变量；
通过动刚度实验子模型对相应组件及组件接触特性的动刚度理论子模型进行修正，获得符合精度要求的动刚度子模型；
通过模态综合理论将符合精度要求的动刚度子模型综合为机器人的整机动刚度理论模型。
8.根据权利要求7所述的切削加工机器人静态误差补偿与动刚度模型的修正方法，其特征在于，通过整机动刚度实验模型对整机动刚度理论模型进行修正的具体过程为：
步骤1：将工艺参数录入控制器，控制器执行加工轨迹，并通过测力仪与加速度传感器采集实验数据；
步骤2：对采集到的加速度数据进行傅里叶变换，获取振动幅值谱数据，对幅值谱数据进行取对数运算，然后通过傅里叶逆变换获得幅值谱倒谱数据；
步骤3：对步骤2获得的幅值谱倒谱数据进行指数窗滤波运算，然后滤波后的倒谱数据做反倒谱运算，获得随机激励下的振动幅值谱数据；
步骤4：对采集到的加速度数据进行傅里叶变换，获得振动相位谱数据；
步骤5：结合步骤3和步骤4获得的幅值谱和相位谱数据，进行傅里叶逆变换，获得加工过程中随机激励下的加速度时域信号；
步骤6：利用步骤5获得的时域信号，通过最小二乘复频域法辨识模态参数，获得切削机器人末端变形与变化切削力之间的函数关系，进而构建符合精度要求的切削加工机器人整机动刚度模型。
9.根据权利要求1-4或6-8中任一项所述的切削加工机器人静态误差补偿与动刚度模型的修正方法，其特征在于，计算标定程中因机器人自重造成的弹性变形误差，这一过程包括：
1)计算弹性变形系数E，用激光跟踪仪测量若干位置上的末端笛卡尔空间坐标变形量数据σ，同时结合机器人自身重力ε，建立变形量σ与重力ε映射关系表，通过公式(1)计算不同位姿情况的平均弹性变形系数；
2)弹性变形误差计算及补偿，根据相应位姿下的弹性变形系数及重力通过公式(1)计算变形误差，并将变形误差补偿到机器人模型中，然后重复1)中的测量、变形系数计算及变形误差补偿过程，直到满足精度条件。
切削加工机器人静态误差补偿与动刚度模型的修正方法
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背景技术
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具体实施方式
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