基于激光跟踪仪的Delta并联机构运动学误差标定

第4 6卷

第 3期

2 0 1 3年 3月

天津大学学报 (自然科学与工程技术版) J o u r n a l o f T i a n j i n Un i v e r s i t y ( S c i e n c e a n d T e c h n o l o g y )

Vl 01 . 46 N O. 3

Ma r . 2 0 1 3

基于激光跟踪仪的 De l t a并联机构运动学误差标定 张文昌，梅江平，刘艺，张新 (天津大学机构理论与装备设计教育部重点实验室，天津 3 0 0 0 7 2 ) 摘要：以 De l t a并联机构为研究对象，建立了 De l t a并联机构的运动学误差模型，对影响其末端精度的几何误差源

进行了分析，并指出这些几何误差源可简化为 1 8项.以激光跟踪仪作为测量工具，提出一种步进迭代的误差参数辨识方法，该方法利用 De l t a并联机构操作空间与关节空间之间的映射关系，通过优化多个检测点相互之间的理论

距离与实际距离的残差，计算出 D e l t a并联机构的各项几何误差参数，进而修正 De l t a并联机构的运动学模型，标定后机构末端精度由 1 . 0 mm数量级提高至 0 . 1 mm数量级，实验结果表明了文中所述方法的有效性和普遍性. 关键词：D e l t a机器人；精度标定；激光追踪仪；迭代法 中图分类号：T H1 1 5 文献标志码：A 文章编号：0 4 9 3— 2 1 3 7 ( 2 0 1 3 ) 0 3 . 0 2 5 7 . 0 6

Ca l i b r a t i o n o f De l t a Pa r a l l e l Ro b o t Ki n e ma t i c Er r o r s Ba s e d o n La s e r Tr a c ke r Zh a n g We nc ha ng, M e i J i a ng p i ng, Li u Yi,Zh a n g Xi n

( K e y L a b o r a t o r y o f Me c h a n i s m T h e o y r a n d E q u i p me n t D e s i g n o f Mi n i s t y r o f E d u c a t i o n,

T i a n j i n Un i v e r s i t y,T i a n j i n 3 0 0 0 7 2,C h i n a ) Ab s t r a c t:Th e k i n e ma t i c s e r r o r mo d e l o f De l t a p a r a

l l e l r o b o t wa s e s t a b l i s h e d ir f s t,a n d t h e n t h e g e o me t r i c e ro r s a fe c t i n g t h e p r e c i s i o n o f t h e e nd— e f f e c t o r we r e a n a l y z e d a n d s i mp l i ie f d t o 1 8 o n e s . By t a k i n g a l a s e r￣a c k e r a s me a s— u r e me n t t o o l,a s t e p p i n g i t e r a t i v e me t h o d i s p r o p o s e d t o i d e n t i f y t h e g e o me t r i c e r r o r s . Co n s i d e r i n g t h e n o n— l i n e a r

ma p p i n g f r o m t h e a c t u a t e d v a r i a b l e s i n j o i n t s p a c e t o t h e p o s e o f t h e e n d— e f e c t o r i n Ca r t e s i a n s p a c e, t h e g e o me t r i c e r r o r s we r e i t e r a t e d b y u s i n g t h e r e s i d u a l e r r o r s o f t h e d i s t a n c e s b e t we e n e v e r y w o t me a s u r i n g p o i n t s a s o p t i mi z a t i o n i n d e x, a n d t h e n t h e k i n e ma t i c mo d e l o f t h e r o b o t wa s mo d i ie f d . Th e p r e c i s i o n o f t h e e n d e fe c t o r i s d r a ma t i c a l l y i m—

p r o v e d t o t h e o r d e r o f 0 . 1 m m ro f m 1 . 0 m m a f t e r c a l i b r a t i o n, t h u s v e r i ie f s t h e e fe c t i v e n e s s a n d g e n e r a l i t y o f t h i s me t h o d .

Ke y wo r d s: De l t a r o b o t;p r e c i s i o n c a l i b r a t i o n; l a s e r t r a c k e r;i t e r a t i v e me t h o d

同串联机构相比，并联机构末端由多条支链同基

座相连，具有负载能力强，速度快，重复性好等优势.然而，自由度过约束、被动铰链较多使得其精度较难保证，研究表明制造和装配引起的几何误差是造成并联机构末端位姿误差的重要原因【 l J,精度标定是改善并联机构几何精度的有效手段，并联机构的标定方法可以分为自标定法[ 2 - 4]和外部标定法 l 5 J两类 .

借助静平台上的标准定位圆孔，通过仪器对拉线式编码器进行标定，进而利用线尺在线测量、记录机构中的实际位姿，结合数控系统中的理论轨迹，实现了 3 . R R R并联机构的参数辨识；常鹏等 l 4]针对平面三自由 度冗余驱动并联机床提出了基于最小线性组理论的分步自标定方法，可以屏蔽掉不影响终端精度的无关参数 .自标定方法的不足在于有些机构的被动铰链

自标定法利用内部传感器或施压外约束获得测量信息， C h i u等L 2 J利用安装在静平台和动平台之间的可伸 缩杆实现了对 H e x a p o d并联机床的标定；邵珠峰等【 3】 收稿日期： 2 0 1 1 . 1 2— 1 3;修回日期：2 0 1 2 . 0 4— 1 8 . 基金项目：国家科技重大专项资助项目( 2 0 1 1 Z X 0 4 0 1 3 . 0 1 1 ) .

安装传感器较为困难甚至不可能 (如球铰链) .外部标定法利用外部传感器检测末端位姿信息，并构造它们与模型计算值之间的残差，进而通过相应的逆解或

作者简介：张文昌 ( 1 9 8 5一 ),男，博士研究生，z _ j o k@y a h o o . t o m. c n 通讯作者：梅江平，p p m@t j u . e d u . c n .

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