非解耦机构的惯性力引起末端弹性变形误差补偿法的制作方法

本发明涉及一种多自由度机构的末端弹性变形误差补偿法，尤其是涉及一种非解耦机构的惯性力引起末端弹性变形误差补偿法。

背景技术：

在某些设备试验系统中，由于实验对象的不同，多自由度机构(例如六自由度机构)末端需要更换不同的实验对象，然而在机构设计时，机构的旋转中心只可能与一种实验对象中心重合。在这种情况(解耦情况)下，实验对象各自由度的运动只需要对应的机构运动就能实现。当更换实验对象时，就会出现机构的旋转中心与实验对象的旋转中心不重合的情况。在这种情况(非解耦情况)下，实验对象的某一自由度的运动，可能需要两个或多个自由度机构的同时运动才能实现，而多自由度耦合运动产生的惯性力，由于涉及多自由度运动的排列组合多，计算复杂，对实验对象的运动产生的误差很难通过简单的解耦控制来实时补偿，对于此种情况下的机构末端误差目前还没有较好的补偿办法，因而本发明设计了一种针对此种情况下创新的误差补偿方法，提供一种非解耦机构的惯性力引起末端弹性变形误差补偿法，以解决上述问题。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种可靠且简洁的非解耦机构的惯性力引起末端弹性变形误差补偿法。

本发明的该非解耦机构的惯性力引起末端弹性变形误差补偿法能够对六自由度串联机构的末端处于非解耦状态时，因该六自由度串联机构产生的惯性力引起的机构弹性变形而最终导致该六自由度串联机构的末端误差进行补偿。本发明的该非解耦机构的惯性力引起末端弹性变形误差补偿法采用的技术方案是包括如下步骤：

S1、首先在非解耦状态下，确定末端位姿一机构状态表；

S2、在给定的运动条件下(例如机构末端加速度)，确定机构状态一惯性力表；

S3、根据各机构的惯性力确定机构惯性力一末端位姿误差表；

S4、将机构末端的位姿对应的末端位姿误差补偿到相应的电机控制量中，以实现对该非解耦机构的惯性力引起末端弹性变形的误差进行补偿。

本发明进一步提供一种非解耦机构的惯性力引起末端弹性变形误差补偿法，其包括如下步骤：

步骤1，在一个六自由度串联机构处于非解耦状态而形成一个非解耦机构时，确定该非解耦机构的末端位姿及加速度；

步骤2，在一个特定条件下，获得在该非解耦机构的各个自由度在不同状态下的惯性力；

步骤3，根据该非解耦机构在各个自由度的不同状态下的惯性力，建立与该非解耦机构的末端位姿与该非解耦机构的各个自由度在不同状态下的惯性力的一个末端位姿误差补偿数据库；

步骤4，在试验的过程中，获得该非解耦机构的末端位姿和根据该末端位姿误差补偿数据库，对该非解耦机构的末端位姿进行补偿。

作为对本发明的该非解耦机构的惯性力引起末端弹性变形误差补偿法的进一步优选的实施例，在该步骤2中，该特定条件是该非解耦机构的末端加速度，从而在步骤2中，当该非解耦机构的末端加速度确定时，获得该非解耦机构的各个自由度下的不同状态的惯性力。

作为对本发明的该非解耦机构的惯性力引起末端弹性变形误差补偿法的进一步优选的实施例，在该步骤4中进一步包括步骤：

步骤4.1，在试验的过程中，获得该非解耦机构的末端位姿和根据该末端位置误差补偿数据库，得到需要对该非解耦机构的末端位姿的一个补偿量；

步骤4.2，通过该非解耦机构的各个自由度的驱动电机执行该补偿量，以对该非解耦机构的末端位姿进行补偿。

本发明的该非解耦机构的惯性力引起末端弹性变形误差补偿法的有益效果是：

1、构建一种机构末端位姿的误差表的方式来补偿机构运动惯性带来的末端误差，避免了实际运行时采用复杂计算的解析方法，操作简单，可实施性强。

2、本发明的该非解耦机构的惯性力引起末端弹性变形误差补偿法可以通过查表的方式来进行补偿，控制实时性强，以保证试验的精确度和可靠性。

附图说明

为了获得本发明的上述和其他优点和特点，以下将参照附图中所示的本发明的具体实施例对以上概述的本发明进行更具体的说明。应理解的是，这些附图仅示出了本发明的典型实施例，因此不应被视为对本发明的范围的限制，通过使用附图，将对本发明进行更具体和更详细的说明和阐述。在附图中：

图1是六自由度串联机构的简图。

图2是六自由度串联机构位移插值区域图。

图3是该非解耦机构的惯性力引起末端弹性变形误差补偿法的流程图。

具体实施方式

以下描述用于揭露本发明以使本领域技术人员能够实现本发明。以下描述中的优选实施例只作为举例，本领域技术人员可以想到其他显而易见的变型。在以下描述中界定的本发明的基本原理可以应用于其他实施方案、变形方案、改进方案、等同方案以及没有背离本发明的精神和范围的其他技术方案。

如图1和图2所示，根据本发明的发明精神提供一种非解耦机构的惯性力引起末端弹性变形误差补偿法，以在试验的过程中，当图1示出的六自由度串联机构处于非解耦状态时因惯性力引起末端弹性变形而产生的误差进行补偿，以保证试验的精确度和可靠性。

具体地说，本发明的该非解耦机构的惯性力引起末端弹性变形误差补偿法进行补偿的过程为：

确定该六自由度串联机构的一个机构状态表。例如可以将该六自由度串联机构导入到Adams软件中，通过给定该六自由度串联机构的末端位姿，导致该六自由度串联机构的各个自由度的位置。

该六自由度串联机构在工作空间中存在无数个点，在本发明中通过逐个给出其中的各个点并导出该六自由度串联机构在各个自由度的位置很困难，因此此处采用控制变量的方法，只给该六自由度串联机构的末端位姿单一变量并指定确定位置(某自由度两极限点及100等分点)，导出该六自由度串联机构的位置，并通过线性插值的方法填充各间隔，具体如下表示出的该六自由度串联机构在X、Y和Z单变量变化机构位移：

下表示出了当Y＝1时，该六自由度串联机构的X轴变化对应机构位移：

如图2示出的该六自由度串联机构的位移插值区域图，在图2中，采用横向布置的线条和径向布置的线条且使横向布置的线条和径向布置的线条交叉的线条为该六自由度串联机构的位置数据，左上角方框内的阴影区域为需要进行插值计算的区域，其中插值计算方式采用均值法，即：

机构位移：

k₁＝x′|_(0，1)-x′|_(0，0)

k₂＝x′|_(1，0)-x′|_(0，0)

类似的该六自由度串联机构总位移：

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）}

类似的得出y′，z′，α′，β′，γ′，汇总成该六自由度串联串联机构的末端位姿-机构位置表，即下表：

同理，根据采用相似的方法得出机构末端位姿加速度对应的机构各自由度加速度表，即下表：

确定该六自由度串联机构的状态-惯性力表，首先确定该六自由度串联机构参数(质量、质心、转动惯量)根据该六自由度串联机构各自由度运行的加速度，计算出运用拉格朗日方程求出广义力即该六自由度串联机构所受的相应的惯性力得出机构状态-惯性力表，即下表：

确定该六自由度串联机构的惯性力-末端位姿误差表。可以将该六自由度串联机构导入Ansys软件中根据建立的该六自由度串联机构的状态-惯性力表，依次给该六自由度串联机构施加响应的惯性力，导出该六自由度串联机构末端的变形量，确定出该六自由度串联机构惯性力—末端位姿误差表，即下表：

在该六自由度串联机构实际运动时，实时查询该六自由度串联机构的各自由度的惯性力—末端位姿误差表，补偿给相应的电机控制量，以进行补偿。

如图3所示，本发明进一步提供一种非解耦机构的惯性力引起末端弹性变形误差补偿法，其包括如下步骤：

步骤1，在一个六自由度串联机构处于非解耦状态而形成一个非解耦机构时，确定该非解耦机构的末端位姿及加速度；

步骤2，在一个特定条件下，获得在该非解耦机构的各个自由度在不同状态下的惯性力；

步骤3，根据该非解耦机构在各个自由度的不同状态下的惯性力，建立与该非解耦机构的末端位姿与该非解耦机构的各个自由度在不同状态下的惯性力的一个末端位姿误差补偿数据库；

步骤4，在试验的过程中，获得该非解耦机构的末端位姿和根据该末端位姿误差补偿数据库，对该非解耦机构的末端位姿进行补偿。

优选地，在该步骤2中，该特定条件是该非解耦机构的末端加速度，从而在步骤2中，当该非解耦机构的末端加速度确定时，获得该非解耦机构的各个自由度下的不同状态的惯性力。

优选地，在该步骤4中进一步包括步骤：

步骤4.1，在试验的过程中，获得该非解耦机构的末端位姿和根据该末端位置误差补偿数据库，得到需要对该非解耦机构的末端位姿的一个补偿量；

步骤4.2，通过该非解耦机构的各个自由度的驱动电机执行该补偿量，以对该非解耦机构的末端位姿进行补偿。

以上对本发明的一个实施例进行了详细说明，但该内容仅为本发明的较佳实施例，不能被认为用于限定本发明的实施范围。凡依本发明申请范围所作的均等变化与改进等，均应仍归属于本发明的专利涵盖范围之内。