本發(fā)明涉及一種多自由度機(jī)構(gòu)的末端彈性變形誤差補(bǔ)償法，尤其是涉及一種非解耦機(jī)構(gòu)的慣性力引起末端彈性變形誤差補(bǔ)償法。

背景技術(shù)：

在某些設(shè)備試驗(yàn)系統(tǒng)中，由于實(shí)驗(yàn)對(duì)象的不同，多自由度機(jī)構(gòu)(例如六自由度機(jī)構(gòu))末端需要更換不同的實(shí)驗(yàn)對(duì)象，然而在機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，機(jī)構(gòu)的旋轉(zhuǎn)中心只可能與一種實(shí)驗(yàn)對(duì)象中心重合。在這種情況(解耦情況)下，實(shí)驗(yàn)對(duì)象各自由度的運(yùn)動(dòng)只需要對(duì)應(yīng)的機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)就能實(shí)現(xiàn)。當(dāng)更換實(shí)驗(yàn)對(duì)象時(shí)，就會(huì)出現(xiàn)機(jī)構(gòu)的旋轉(zhuǎn)中心與實(shí)驗(yàn)對(duì)象的旋轉(zhuǎn)中心不重合的情況。在這種情況(非解耦情況)下，實(shí)驗(yàn)對(duì)象的某一自由度的運(yùn)動(dòng)，可能需要兩個(gè)或多個(gè)自由度機(jī)構(gòu)的同時(shí)運(yùn)動(dòng)才能實(shí)現(xiàn)，而多自由度耦合運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的慣性力，由于涉及多自由度運(yùn)動(dòng)的排列組合多，計(jì)算復(fù)雜，對(duì)實(shí)驗(yàn)對(duì)象的運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的誤差很難通過簡(jiǎn)單的解耦控制來實(shí)時(shí)補(bǔ)償，對(duì)于此種情況下的機(jī)構(gòu)末端誤差目前還沒有較好的補(bǔ)償辦法，因而本發(fā)明設(shè)計(jì)了一種針對(duì)此種情況下創(chuàng)新的誤差補(bǔ)償方法，提供一種非解耦機(jī)構(gòu)的慣性力引起末端彈性變形誤差補(bǔ)償法，以解決上述問題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種可靠且簡(jiǎn)潔的非解耦機(jī)構(gòu)的慣性力引起末端彈性變形誤差補(bǔ)償法。

本發(fā)明的該非解耦機(jī)構(gòu)的慣性力引起末端彈性變形誤差補(bǔ)償法能夠?qū)α杂啥却?lián)機(jī)構(gòu)的末端處于非解耦狀態(tài)時(shí)，因該六自由度串聯(lián)機(jī)構(gòu)產(chǎn)生的慣性力引起的機(jī)構(gòu)彈性變形而最終導(dǎo)致該六自由度串聯(lián)機(jī)構(gòu)的末端誤差進(jìn)行補(bǔ)償。本發(fā)明的該非解耦機(jī)構(gòu)的慣性力引起末端彈性變形誤差補(bǔ)償法采用的技術(shù)方案是包括如下步驟：

S1、首先在非解耦狀態(tài)下，確定末端位姿一機(jī)構(gòu)狀態(tài)表；

S2、在給定的運(yùn)動(dòng)條件下(例如機(jī)構(gòu)末端加速度)，確定機(jī)構(gòu)狀態(tài)一慣性力表；

S3、根據(jù)各機(jī)構(gòu)的慣性力確定機(jī)構(gòu)慣性力一末端位姿誤差表；

S4、將機(jī)構(gòu)末端的位姿對(duì)應(yīng)的末端位姿誤差補(bǔ)償?shù)较鄳?yīng)的電機(jī)控制量中，以實(shí)現(xiàn)對(duì)該非解耦機(jī)構(gòu)的慣性力引起末端彈性變形的誤差進(jìn)行補(bǔ)償。

本發(fā)明進(jìn)一步提供一種非解耦機(jī)構(gòu)的慣性力引起末端彈性變形誤差補(bǔ)償法，其包括如下步驟：

步驟1，在一個(gè)六自由度串聯(lián)機(jī)構(gòu)處于非解耦狀態(tài)而形成一個(gè)非解耦機(jī)構(gòu)時(shí)，確定該非解耦機(jī)構(gòu)的末端位姿及加速度；

步驟2，在一個(gè)特定條件下，獲得在該非解耦機(jī)構(gòu)的各個(gè)自由度在不同狀態(tài)下的慣性力；

步驟3，根據(jù)該非解耦機(jī)構(gòu)在各個(gè)自由度的不同狀態(tài)下的慣性力，建立與該非解耦機(jī)構(gòu)的末端位姿與該非解耦機(jī)構(gòu)的各個(gè)自由度在不同狀態(tài)下的慣性力的一個(gè)末端位姿誤差補(bǔ)償數(shù)據(jù)庫(kù)；

步驟4，在試驗(yàn)的過程中，獲得該非解耦機(jī)構(gòu)的末端位姿和根據(jù)該末端位姿誤差補(bǔ)償數(shù)據(jù)庫(kù)，對(duì)該非解耦機(jī)構(gòu)的末端位姿進(jìn)行補(bǔ)償。

作為對(duì)本發(fā)明的該非解耦機(jī)構(gòu)的慣性力引起末端彈性變形誤差補(bǔ)償法的進(jìn)一步優(yōu)選的實(shí)施例，在該步驟2中，該特定條件是該非解耦機(jī)構(gòu)的末端加速度，從而在步驟2中，當(dāng)該非解耦機(jī)構(gòu)的末端加速度確定時(shí)，獲得該非解耦機(jī)構(gòu)的各個(gè)自由度下的不同狀態(tài)的慣性力。

作為對(duì)本發(fā)明的該非解耦機(jī)構(gòu)的慣性力引起末端彈性變形誤差補(bǔ)償法的進(jìn)一步優(yōu)選的實(shí)施例，在該步驟4中進(jìn)一步包括步驟：

步驟4.1，在試驗(yàn)的過程中，獲得該非解耦機(jī)構(gòu)的末端位姿和根據(jù)該末端位置誤差補(bǔ)償數(shù)據(jù)庫(kù)，得到需要對(duì)該非解耦機(jī)構(gòu)的末端位姿的一個(gè)補(bǔ)償量；

步驟4.2，通過該非解耦機(jī)構(gòu)的各個(gè)自由度的驅(qū)動(dòng)電機(jī)執(zhí)行該補(bǔ)償量，以對(duì)該非解耦機(jī)構(gòu)的末端位姿進(jìn)行補(bǔ)償。

本發(fā)明的該非解耦機(jī)構(gòu)的慣性力引起末端彈性變形誤差補(bǔ)償法的有益效果是：

1、構(gòu)建一種機(jī)構(gòu)末端位姿的誤差表的方式來補(bǔ)償機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)慣性帶來的末端誤差，避免了實(shí)際運(yùn)行時(shí)采用復(fù)雜計(jì)算的解析方法，操作簡(jiǎn)單，可實(shí)施性強(qiáng)。

2、本發(fā)明的該非解耦機(jī)構(gòu)的慣性力引起末端彈性變形誤差補(bǔ)償法可以通過查表的方式來進(jìn)行補(bǔ)償，控制實(shí)時(shí)性強(qiáng)，以保證試驗(yàn)的精確度和可靠性。

附圖說明

為了獲得本發(fā)明的上述和其他優(yōu)點(diǎn)和特點(diǎn)，以下將參照附圖中所示的本發(fā)明的具體實(shí)施例對(duì)以上概述的本發(fā)明進(jìn)行更具體的說明。應(yīng)理解的是，這些附圖僅示出了本發(fā)明的典型實(shí)施例，因此不應(yīng)被視為對(duì)本發(fā)明的范圍的限制，通過使用附圖，將對(duì)本發(fā)明進(jìn)行更具體和更詳細(xì)的說明和闡述。在附圖中：

圖1是六自由度串聯(lián)機(jī)構(gòu)的簡(jiǎn)圖。

圖2是六自由度串聯(lián)機(jī)構(gòu)位移插值區(qū)域圖。

圖3是該非解耦機(jī)構(gòu)的慣性力引起末端彈性變形誤差補(bǔ)償法的流程圖。

具體實(shí)施方式

以下描述用于揭露本發(fā)明以使本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠?qū)崿F(xiàn)本發(fā)明。以下描述中的優(yōu)選實(shí)施例只作為舉例，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以想到其他顯而易見的變型。在以下描述中界定的本發(fā)明的基本原理可以應(yīng)用于其他實(shí)施方案、變形方案、改進(jìn)方案、等同方案以及沒有背離本發(fā)明的精神和范圍的其他技術(shù)方案。

如圖1和圖2所示，根據(jù)本發(fā)明的發(fā)明精神提供一種非解耦機(jī)構(gòu)的慣性力引起末端彈性變形誤差補(bǔ)償法，以在試驗(yàn)的過程中，當(dāng)圖1示出的六自由度串聯(lián)機(jī)構(gòu)處于非解耦狀態(tài)時(shí)因慣性力引起末端彈性變形而產(chǎn)生的誤差進(jìn)行補(bǔ)償，以保證試驗(yàn)的精確度和可靠性。

具體地說，本發(fā)明的該非解耦機(jī)構(gòu)的慣性力引起末端彈性變形誤差補(bǔ)償法進(jìn)行補(bǔ)償?shù)倪^程為：

確定該六自由度串聯(lián)機(jī)構(gòu)的一個(gè)機(jī)構(gòu)狀態(tài)表。例如可以將該六自由度串聯(lián)機(jī)構(gòu)導(dǎo)入到Adams軟件中，通過給定該六自由度串聯(lián)機(jī)構(gòu)的末端位姿，導(dǎo)致該六自由度串聯(lián)機(jī)構(gòu)的各個(gè)自由度的位置。

該六自由度串聯(lián)機(jī)構(gòu)在工作空間中存在無數(shù)個(gè)點(diǎn)，在本發(fā)明中通過逐個(gè)給出其中的各個(gè)點(diǎn)并導(dǎo)出該六自由度串聯(lián)機(jī)構(gòu)在各個(gè)自由度的位置很困難，因此此處采用控制變量的方法，只給該六自由度串聯(lián)機(jī)構(gòu)的末端位姿單一變量并指定確定位置(某自由度兩極限點(diǎn)及100等分點(diǎn))，導(dǎo)出該六自由度串聯(lián)機(jī)構(gòu)的位置，并通過線性插值的方法填充各間隔，具體如下表示出的該六自由度串聯(lián)機(jī)構(gòu)在X、Y和Z單變量變化機(jī)構(gòu)位移：

下表示出了當(dāng)Y＝1時(shí)，該六自由度串聯(lián)機(jī)構(gòu)的X軸變化對(duì)應(yīng)機(jī)構(gòu)位移：

如圖2示出的該六自由度串聯(lián)機(jī)構(gòu)的位移插值區(qū)域圖，在圖2中，采用橫向布置的線條和徑向布置的線條且使橫向布置的線條和徑向布置的線條交叉的線條為該六自由度串聯(lián)機(jī)構(gòu)的位置數(shù)據(jù)，左上角方框內(nèi)的陰影區(qū)域?yàn)樾枰M(jìn)行插值計(jì)算的區(qū)域，其中插值計(jì)算方式采用均值法，即：

機(jī)構(gòu)位移：

k₁＝x′|_(0，1)-x′|_(0，0)

k₂＝x′|_(1，0)-x′|_(0，0)

類似的該六自由度串聯(lián)機(jī)構(gòu)總位移：

k₁＝x′|_{(0，1，0，0，0，0)}-x′|_{(0，0，0，0，0，0)} k₂＝x′|_{(1，0，0，0，0，0)}-x′|_{(0，0，0，0，0，0)}

k₃＝x′|_{(0，0，1，0，0，0)}-x′|_{(0，0，0，0，0，0)} k₄＝x′|_{(0，0，0，1，0，0)}-x′|_{(0，0，0，0，0，0)}

k₅＝x′|_{(0，0，0，0，1，0)}-x′|_{(0，0，0，0，0，0)} k₆＝x′|_{(0，0，0，0，0，1)}-x′|_{(0，0，0，0，0，0）}

類似的得出y′，z′，α′，β′，γ′，匯總成該六自由度串聯(lián)串聯(lián)機(jī)構(gòu)的末端位姿-機(jī)構(gòu)位置表，即下表：

同理，根據(jù)采用相似的方法得出機(jī)構(gòu)末端位姿加速度對(duì)應(yīng)的機(jī)構(gòu)各自由度加速度表，即下表：

確定該六自由度串聯(lián)機(jī)構(gòu)的狀態(tài)-慣性力表，首先確定該六自由度串聯(lián)機(jī)構(gòu)參數(shù)(質(zhì)量、質(zhì)心、轉(zhuǎn)動(dòng)慣量)根據(jù)該六自由度串聯(lián)機(jī)構(gòu)各自由度運(yùn)行的加速度，計(jì)算出運(yùn)用拉格朗日方程求出廣義力即該六自由度串聯(lián)機(jī)構(gòu)所受的相應(yīng)的慣性力得出機(jī)構(gòu)狀態(tài)-慣性力表，即下表：

確定該六自由度串聯(lián)機(jī)構(gòu)的慣性力-末端位姿誤差表?？梢詫⒃摿杂啥却?lián)機(jī)構(gòu)導(dǎo)入Ansys軟件中根據(jù)建立的該六自由度串聯(lián)機(jī)構(gòu)的狀態(tài)-慣性力表，依次給該六自由度串聯(lián)機(jī)構(gòu)施加響應(yīng)的慣性力，導(dǎo)出該六自由度串聯(lián)機(jī)構(gòu)末端的變形量，確定出該六自由度串聯(lián)機(jī)構(gòu)慣性力—末端位姿誤差表，即下表：

在該六自由度串聯(lián)機(jī)構(gòu)實(shí)際運(yùn)動(dòng)時(shí)，實(shí)時(shí)查詢?cè)摿杂啥却?lián)機(jī)構(gòu)的各自由度的慣性力—末端位姿誤差表，補(bǔ)償給相應(yīng)的電機(jī)控制量，以進(jìn)行補(bǔ)償。

如圖3所示，本發(fā)明進(jìn)一步提供一種非解耦機(jī)構(gòu)的慣性力引起末端彈性變形誤差補(bǔ)償法，其包括如下步驟：

步驟1，在一個(gè)六自由度串聯(lián)機(jī)構(gòu)處于非解耦狀態(tài)而形成一個(gè)非解耦機(jī)構(gòu)時(shí)，確定該非解耦機(jī)構(gòu)的末端位姿及加速度；

步驟2，在一個(gè)特定條件下，獲得在該非解耦機(jī)構(gòu)的各個(gè)自由度在不同狀態(tài)下的慣性力；

步驟3，根據(jù)該非解耦機(jī)構(gòu)在各個(gè)自由度的不同狀態(tài)下的慣性力，建立與該非解耦機(jī)構(gòu)的末端位姿與該非解耦機(jī)構(gòu)的各個(gè)自由度在不同狀態(tài)下的慣性力的一個(gè)末端位姿誤差補(bǔ)償數(shù)據(jù)庫(kù)；

步驟4，在試驗(yàn)的過程中，獲得該非解耦機(jī)構(gòu)的末端位姿和根據(jù)該末端位姿誤差補(bǔ)償數(shù)據(jù)庫(kù)，對(duì)該非解耦機(jī)構(gòu)的末端位姿進(jìn)行補(bǔ)償。

優(yōu)選地，在該步驟2中，該特定條件是該非解耦機(jī)構(gòu)的末端加速度，從而在步驟2中，當(dāng)該非解耦機(jī)構(gòu)的末端加速度確定時(shí)，獲得該非解耦機(jī)構(gòu)的各個(gè)自由度下的不同狀態(tài)的慣性力。

優(yōu)選地，在該步驟4中進(jìn)一步包括步驟：

步驟4.1，在試驗(yàn)的過程中，獲得該非解耦機(jī)構(gòu)的末端位姿和根據(jù)該末端位置誤差補(bǔ)償數(shù)據(jù)庫(kù)，得到需要對(duì)該非解耦機(jī)構(gòu)的末端位姿的一個(gè)補(bǔ)償量；

步驟4.2，通過該非解耦機(jī)構(gòu)的各個(gè)自由度的驅(qū)動(dòng)電機(jī)執(zhí)行該補(bǔ)償量，以對(duì)該非解耦機(jī)構(gòu)的末端位姿進(jìn)行補(bǔ)償。

以上對(duì)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例進(jìn)行了詳細(xì)說明，但該內(nèi)容僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例，不能被認(rèn)為用于限定本發(fā)明的實(shí)施范圍。凡依本發(fā)明申請(qǐng)范圍所作的均等變化與改進(jìn)等，均應(yīng)仍歸屬于本發(fā)明的專利涵蓋范圍之內(nèi)。