(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 202210695777.9 (22)申请日 2022.06.20 (71)申请人 昆明理工大 学 地址 650093 云南省昆明市五华区学府路 253号 (72)发明人 高贯斌　牛锦鹏　那靖　刘飞　 邢亚珊　黄英博　韩世昌　杨春曦　 王娴　张秀峰　 (74)专利代理 机构 昆明人从众知识产权代理有 限公司 5 3204 专利代理师 陈波 (51)Int.Cl. B25J 9/08(2006.01) B25J 9/10(2006.01) B25J 9/16(2006.01) (54)发明名称 一种工业机 器人距离误差补偿方法、 系统 (57)摘要 本发明公开了一种工业机器人距离误差补 偿方法、 系统。 方法包括： 构建机器人工作空间网 格； 采集小立方体网格各参考点与拉线式运动学 标定系统的基准点之间的实际距离， 读取机器人 各参考点和定位点的关节角数据； 使用采集的实 际距离和关节角数据预测网格内定位点的距离 误差； 将预测出的距离误差补偿到理论距离上， 获得定位点补偿后的距离。 本发 明避免了转换误 差的引入； 与传统的运动学标定方法相比， 不需 要进行复杂的运动学参数辨识， 只需要通过预测 网格内定位点的距离误差， 就可获得定位点补偿 后的距离； 与传统的运动学标定相比， 可 以显著 提高机器人的距离精度； 与激光跟踪仪相比成本 大大降低， 并且 对采集数据的环境要求较低。 权利要求书1页 说明书6页 附图3页 CN 114932542 A 2022.08.23 CN 114932542 A 1.一种工业机器人距离误差补偿方法， 其特 征在于： 包括： 步骤1、 构建机器人工作空间 网格； 步骤2、 对于机器人工作空间网格 中的各个小立方体网格， 采集小立方体网格各参考点 Kpj与拉线式运动学标定系统的基准点P0点之间的实际距离Lpj， 读取机器人各参考点Kpj和 定位点Kp的关节角数据； 其中， Kpj表示第p个小立方体网格的第j个参考点； p＝1,2, …,m， m 表示小立方体网格总数； j＝1,2, …,8； Kp表示位于第p个小立方体网格空间中的定位 点； 步骤3、 使用步骤2采集的实际距离Lpj和关节角数据预测网格内定位 点的距离误差； 步骤4： 将预测出的距离误差补偿到理论距离LTp上， 获得定位 点Kp补偿后的距离Lp′。 2.根据权利要求1所述的工业机器人距离误差补偿方法， 其特征在于： 所述构建机器人 工作空间网格， 具体为： 在机器人可达范围内， 按照设定边长将机器人的工作空间划分为一 系列的小立方体网格， 获得机器人工作空间 网格。 3.根据权利要求1所述的工业机器人距离误差补偿方法， 其特征在于： 所述步骤3， 包 括： 步骤3.1、 依据定位点Kp的关节角所在机器人关节空间中的范围， 确定定位点Kp所在小 立方体网格为机器人工作 空间网格中的第p个小立方体网格； 根据采集的关节角数据计算 第p个小立方体网格中各参 考点Kpj和定位点Kp的理论坐标； 步骤3.2、 依据小 立方体网格p中各参考点Kpj和定位点Kp的理论坐标， 计算定位点Kp与定 位点Kp所在小立方体网格的各参考点Kpj之间的距离dpj； 依据距离dpj， 使用反距离加权公式 计算定位 点Kp到各参考点Kpj的权值qpj； 步骤3.3、 依据小立方体网格p中各参考点Kpj的理论坐标， 并与采集的实际距离Lpj一起 辨识出P0点的坐标； 使用P0点的坐标、 小立方体网格p中各参考点Kpj和定位点Kp的理论坐标 计算出各参考点与基 准点P0点之间的理论距离LTpj、 计算出定位点 Kp与基准点P0点之间的理 论距离LTp； 步骤3.4、 使用步骤2采集的各参考点的实际距离Lpj和理论距离LTpj计算出距离误差Δ Lpj； 步骤3.5、 用求得的权值qpj和各参考点的距 离误差ΔLpj预测出第p个小 立方体网格内定 位点Kp的距离误差 ΔLp。 4.一种工业机器人距离误差补偿系统， 其特 征在于： 包括： 构建模块， 用于构建机器人工作空间 网格； 数据集集模块， 用于对于机器人工作空间网格中的各个小立方体网格， 采集小立方体 网格各参考点Kpj与拉线式运动学标定系统的基 准点P0点之间的实际距离 Lpj， 读取机器人各 参考点Kpj和定位点Kp的关节角数据； 其中， Kpj表示第p个小立方体网格的第j个参考点； p＝ 1,2,…,m， m表示小立方体网格总 数； j＝1,2, …,8； Kp表示位于第p个小立方体网格空间中 的定位点； 预测模块， 用于使用数据集集模块采集的实际距离Lpj和关节角数据预测网格内定位点 的距离误差； 获得模块， 用于将预测出的距离误差补偿到理论距离LTp上， 获得定位点Kp补偿后的距 离Lp′。权　利　要　求　书 1/1 页 2 CN 114932542 A 2一种工业机器人距离误差补偿方 法、 系统 技术领域 [0001]本发明涉及一种工业机器人距离误差补偿方法、 系统， 属于工业机器人标定技术 领域。 背景技术 [0002]机器人的定位精度是机器人重要的性能指 标之一， 其包括重复定位精度和绝对定 位精度。 重复定位精度往往高于绝对定位精度， 重复定位精度通常可达0.02mm至0.1mm， 而 绝对定位精度只能达到1mm至3mm。 那么， 导致机器人绝对定位精度差的因素有很多， 包括运 动学参数误差(由于 长期使用导 致关节连 杆的变形 所致)、 负载因素、 环境因素等。 [0003]机器人编程分为在线编程和离线编程。 在线编程是指通过示教的形式使机器人执 行相应的指令， 这种编程方式生产效率低下且需要机器人停止作业才能进行编程； 而离线 编程是指在计算机上通过机器人虚拟仿 真软件模拟机器人运动或加工， 然后自动生成代码 发送到机器人控制器中， 机器人即可按照仿真轨迹运动， 这种编程方式无需停止作业且生 产效率高。 目前， 离线编程在工业领域中被广泛使用， 但离线编程得以实施的关键在于机器 人本体的绝对定位精度。 [0004]文献“乔贵方， 吕仲 艳， 张颖， 等.基于BAS ‑PSO算法的机器人定位精度提升[J].光 学精密工程， 2021， 29(4)： 763 ‑771.”为了提高机器人的定位精度， 提出一种BAS ‑PSO算法。 文章针对StaubliTX60工业机器人， 考虑到天牛须搜索算法(BAS)与其他智能优化算法相 比， 无需梯度信息就可以实现高效寻优的优点， 但该算法容易陷入局部最优解， 为此考虑到 粒子群优化算法(PSO)具有并行运算特性， 通过多个个体的相互协作实现寻优， 不易陷入局 部最优的优点。 从而综合提出一种BAS ‑PSO参数辨识 算法， 使得补偿后的机器人末端位置精 度相比单一方法有所提高。 目前， 机器人领域普遍采用类似的标定方法来提高机器人 的定 位精度， 此类方法存在以下不足之处： [0005](1)此类基于位置信息的标定方法在辨识运动学参数之前需要进行预辨识， 即测 量坐标系与机器人基坐标系之间的转换， 该转换过程操作复杂且难免引入转换误差， 使得 最终标定的结果 不准确。 [0006](2)机器人标定需要使用优化算法辨识运动学参数， 然后将辨识出的参数补偿到 机器人控制器中， 使得机器人的精度提高， 其中参数辨识过程比较复杂且 难以实现。 [0007](3)目前采集数据常用的设备为激光跟踪仪， 该设备价格昂贵且对于操作环境有 较高的要求。 发明内容 [0008]本发明提供了一种工业机器人距离误差补偿方法、 系统， 以用于根据预测出的距 离误差补偿到理论距离， 获得补偿后的距离 。 [0009]本发明的技 术方案是： 一种工业机器人距离误差补偿方法， 包括： [0010]步骤1、 构建机器人工作空间 网格；说　明　书 1/6 页 3 CN 114932542 A 3