一种大行程多级伸缩臂的控制方法、系统、装置及介质与流程

[0001]
本发明属于机器人控制技术领域，尤其是一种大行程多级伸缩臂的控制方法、系统、装置及介质。


背景技术：

[0002]
随着工业的发展，一些行业内需要用到大范围作业的机器人。大范围作业的机器人一般采用多级伸缩臂的结构实现大范围作业，但是各级伸缩臂在重载、大范围作业的环境下容易发生柔性变形，这种结构的耦合效应严重，对于末端夹具的位姿预测十分困难，导致定位精度较差。此外，多级伸缩臂的生产误差、装配间隙、关节传动间隙会加剧耦合效应。
[0003]
现有技术提出的机器人误差补偿的方法主要依赖于数学误差模型和传感器数据之间实时比对。庞大的数据交换量以及运算量，不仅降低运行系统的工作性能，还造成了一定的滞后，无法实现较为理想的误差补偿，对于大行程多级伸缩臂的误差补偿的精度也比较低；受限于实时校准的补偿方法，即使运行相同的轨迹，现有技术的方法都需要每次运行都进行补偿，导致工作重复造成资源浪费。


技术实现要素：

[0004]
有鉴于此，为至少部分解决上述技术问题之一，本发明实施例目的在于提供一种高精度、延迟低
[0005]
第一方面，本发明实施例提供了一种大行程多级伸缩臂的控制方法，其包括以下步骤：
[0006]
对多级伸缩臂进行划分得到若干次级伸缩臂；建立所述次级伸缩臂的第一误差模型；所述第一误差模型包括：基本臂关节参数误差模型、外伸臂关节误差模型以及柔性连杆误差模型；
[0007]
根据所述第一误差模型，得到运动轨迹的第一耦合挠度；
[0008]
对所述运动轨迹进行仿真得到第二耦合挠度，根据所述第一耦合挠度以及第二耦合挠度对所述第一误差模型进行误差补偿，得到第二误差模型，根据所述第二误差模型控制所述多级伸缩臂运动。
[0009]
在本发明的一些实施例中，所述建立所述次级伸缩臂的第一误差模型这一步骤，其包括：
[0010]
根据所述基本臂关节参数误差模型得到第一齐次变换矩阵；
[0011]
根据所述外伸臂关节参数误差模型得到第二齐次变换矩阵；
[0012]
根据所述柔性连杆误差模型得到第三齐次变换矩阵；
[0013]
根据所述第一齐次变换矩阵、所述第二齐次变换矩阵以及所述第三齐次变换矩阵通过递推方程得到所述误差模型。
[0014]
在本发明的一些实施例中，所述根据所述基本臂关节参数误差模型得到第一齐次变换矩阵这一步骤，其包括：
[0015]
将所述基本臂转换得到扭簧模型；
[0016]
根据所述基本臂的固定转动关节以及所述扭簧模型的柔性转动关节，确定第一位置偏差和第一角偏差；
[0017]
根据所述第一位置偏差和所述第一角偏差，构建所述第一齐次变换矩阵。
[0018]
在本发明的一些实施例中，所述根据所述外伸臂关节参数误差模型得到第二齐次变换矩阵这一步骤，其包括：
[0019]
确定相邻次级伸缩臂间的旋转角度；
[0020]
确定相邻次级伸缩臂间的坐标误差，所述坐标误差包括横坐标误差以及纵坐标误差；
[0021]
根据所述旋转角度以及所述坐标误差，构建所述第二齐次变换矩阵。
[0022]
在本发明的一些实施例中，所述根据所述柔性连杆误差模型得到第三齐次变换矩阵这一步骤，其包括：
[0023]
根据相邻次级伸缩臂，确定第一坐标系和第二坐标系；
[0024]
根据所述第二坐标系相对于所述第一坐标系的变换矩阵，确定所述第三齐次变换矩阵。
[0025]
在本发明的一些实施例中，所述根据所述柔性连杆误差模型得到第三齐次变换矩阵这一步骤，其还包括：
[0026]
构建第三坐标系，确定所述第一坐标系到所述第三坐标系的位姿变换为第一变换，确定所述第三坐标系到所述第二坐标系的变换为第二变换；
[0027]
所述第二变换的变换矩阵是由所述第三坐标系相对于所述第二坐标系的纵坐标确定。
[0028]
在本发明的一些实施例中，所述运动轨迹的耦合挠度为挠度时变方程，所述挠度时变方程根据所述多级伸缩臂的关节运动，确定所述多级伸缩臂的变化以及变化趋势。
[0029]
第二方面，本发明的技术方案还提供一种大行程多级伸缩臂的控制系统，包括：
[0030]
建模单元，用于对多级伸缩臂进行划分得到若干次级伸缩臂；建立所述次级伸缩臂的第一误差模型；所述第一误差模型包括：基本臂关节参数误差模型、外伸臂关节误差模型以及柔性连杆误差模型
[0031]
数据处理单元，用于确定所述多级伸缩臂的运动轨迹，根据所述第一误差模型，得到所述运动轨迹的耦合挠度；
[0032]
仿真单元，对所述第一误差模型进行运动补偿，得到第二误差模型；
[0033]
控制单元，根据所述第二误差模型在所述多级伸缩臂的运动过程进行误差补偿，控制所述多级伸缩臂运行。
[0034]
第三方面，本发明的技术方案还提供一种大行程多级伸缩臂的控制装置，其包括：
[0035]
至少一个处理器；
[0036]
至少一个存储器，用于存储至少一个程序；
[0037]
当至少一个程序被至少一个处理器执行，使得至少一个处理器实现第一方面中的一种大行程多级伸缩臂的控制方法。
[0038]
第四方面，本发明的技术方案还提供了一种存储介质，其中存储有处理器可执行的程序，处理器可执行的程序在由处理器执行时用于实现如第一方面中的方法。
[0039]
本发明的优点和有益效果将在下面的描述中部分给出，其他部分可以通过本发明的具体实施方式了解得到：
[0040]
本发明所提供的一种大行程多级伸缩臂的控制方法，通过将多级伸缩臂划分成若干次级伸缩臂，通过一次运动轨迹的误差标定，建立多级伸缩臂系统的误差模型，并通过联立若干次级伸缩臂的误差模型，建立多级伸缩臂的冗余结构引起的耦合误差模型能，根据该误差模型进行运动控制，提高了伸缩臂的定位精度，又极大程度地降低了因大量的数据以及运算过程而导致的滞后性。此外，方法无需借助传感器以实施获取某段夹具的位姿信息，也避免了因反复进行补偿而造成的资源浪费。
附图说明
[0041]
为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0042]
图1为本发明实施例中的大行程多级伸缩臂的结构示意图；
[0043]
图2为本发明一种大行程多级伸缩臂的控制方法的步骤流程图；
[0044]
图3为本发明实施例中基本臂关节参数误差模型示意图；
[0045]
图4为本发明实施例中外伸臂关节参数误差模型示意图；
[0046]
图5为本发明实施例中柔性连杆误差模型示意图；
[0047]
图6为本发明实施例中伸缩臂的水平伸缩运动测量数据和计算数据的曲线图；
[0048]
图7为本发明实施例中基本臂的关节运动误差补偿图；
[0049]
图8是本发明实施例中水平伸缩运动误差补偿图。
具体实施方式
[0050]
下面详细描述本发明的实施例，实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。对于以下实施例中的步骤编号，其仅为了便于阐述说明而设置，对步骤之间的顺序不做任何限定，实施例中的各步骤的执行顺序均可根据本领域技术人员的理解来进行适应性调整。
[0051]
本说明书中所提供的实施例是基于齿驱多级伸缩臂的重载大范围机器人的控制方法，以重载齿驱二级伸缩臂为例，如图1所示，多级伸缩臂的结构包括：基本臂101；一级臂102；二级臂103；3号滚动轮组104，其固连于一级臂上，二级臂伺服驱动器105，其固连于一级臂上；0号滚动轮组106，其固连于基本臂上；一级臂伺服驱动器107，其固连于基本臂上；2号滚动轮组108，其固连于二级臂上；1号滚动轮组109，其固连于一级臂上，基本臂转动关节110。具体地，一级臂和二级臂的传动方式均为齿轮齿条传动；为使多级伸缩臂适应重载环境，基本臂转动关节为被动关节，通过一个垂直升降机构实现多级伸缩臂的变幅运动，能很大限度地降低所需电机的性能，并提升多级伸缩臂的工作性能。
[0052]
在第一方面，首先提出一种大行程多级伸缩臂的控制方法，如图2所示，其主要包括以下步骤：
[0053]
s201、对多级伸缩臂进行划分得到若干次级伸缩臂；建立次级伸缩臂的第一误差模型。
[0054]
其中，次级伸缩臂，包括但不限于如图1中所示的基本臂、一级臂、二级臂以及末级伸缩臂等。相邻连接的次级伸缩臂可进行前级伸缩臂和后级伸缩臂的划分；例如，在图1的伸缩臂中，基本臂和一级臂为相邻连接的两个次级伸缩臂，则基本臂为前级伸缩臂，一级臂为后级伸缩臂。第一误差模型包括：基本臂关节参数误差模型、外伸臂关节误差模型以及柔性连杆误差模型。
[0055]
在一些可能的实施例中步骤s201中，建立次级伸缩臂的第一误差模型这一过程，可进一步细分为步骤s2011-s2014：
[0056]
s2011、根据基本臂关节参数误差模型得到第一齐次变换矩阵。
[0057]
其中，基本臂关节参数误差模型可转换为扭簧模型。对于各类机构而言，关节间隙是不可避免的，各类结构不可避免地出现加工误差，磨损，装配误差以及轴承间固有间隙，影响机器人的整体精度。
[0058]
如图3所示，对于关节间隙，在实施例中的基本臂关节参数误差模型转换成为扭簧模型，步骤s0211可包括步骤为：根据基本臂的固定转动关节以及扭簧模型的柔性转动关节，确定第一位置偏差和第一角偏差；根据第一位置偏差和第一角偏差，构建第一齐次变换矩阵。
[0059]
具体地，在基本臂的扭簧模型中，原本相对固定的转动关节变成柔性转动关节。对于基本臂的转动关节存在一个角偏差εθ1和位置偏差(εx1，εy1)，根据该角偏差和位置偏差，得到的基本臂的齐次变换矩阵为：
[0060][0061]
其中，εx1代表基座坐标系和关节1(即基本臂固定点)坐标系的位置偏差的横坐标(如图3所示)；同理，εy1代表基座坐标系和关节1坐标系的位置偏差的纵坐标(如图3所示)。εθ1代表基座坐标系和关节1坐标系的角度偏差值，即基座坐标系x轴和关节1坐标系x轴的角度(如图3所示)。
[0062]
s2012、根据外伸臂关节参数误差模型得到第二齐次变换矩阵。
[0063]
其中，外伸臂是除基本臂以外的其他的次级伸缩臂，对于外伸臂。为防止机械臂运动时发生滑动摩擦，臂与臂存在装配间隙，由于重心变化的变化可能会导致伸缩臂的姿态发生改变，伸缩臂的重心随着伸缩臂的伸长量的改变而改变，当伸缩臂伸长量达到一定值的时候，伸缩臂的重心从支点的左侧运动到支点的右侧，导致了伸缩臂支点左侧的原来支撑形式失效，使伸缩臂的支撑形式从下部支撑改为上部支撑，此时伸臂的关节变成了柔性关节。
[0064]
根据外伸臂的支撑形式发生变化这一特性，步骤s2012可包括以下步骤：确定相邻次级伸缩臂间的旋转角度；确定相邻次级伸缩臂间的坐标误差，坐标误差包括横坐标误差以及纵坐标误差；根据旋转角度以及坐标误差，构建第二齐次变换矩阵。
[0065]
具体地，如图4所示，外伸臂因为改变了支撑形式，使得原本是移动关节也产生了
θ
i
角度和发生坐标误差(εx
i
，εy
i
)。对于外伸臂的齐次变换矩阵有：
[0066][0067]
在中，{i}表示未改变支持形式前的连杆坐标系；{i
′
}表示改变支持形式后的连杆坐标系；坐标误差(εx
i
，εy
i
)和基本臂的位置偏差(εx1，εy1)产生的机理相似。
[0068]
s2013、根据柔性连杆误差模型得到第三齐次变换矩阵。
[0069]
其中，如图5所示，由于齿驱多级伸缩臂的长宽比大，可将伸缩臂等效为欧拉-伯努利(euler-bernoulli)梁，忽略剪切及旋转对梁横向变形的影响，只考虑弯曲和扭转效应。例如，基本臂、一级伸缩臂和二级伸缩臂都是柔性机械臂在实际中均发生弹性形变，由于多级伸缩臂关节之间是串联的，必然会造成运动学参数和柔性参数之间的互相耦合。由于基本臂受外力发生弹性形变，导致一级臂的连杆坐标系偏转了β1角度；由于一级臂受外力发生弹性形变，导致二级臂偏转β2角度；同样，由于二级臂的形变，最终导致末端夹具偏转了wθ3角度。为区别wθ
i
和β
i
的使用形式、更清楚地描述柔性机械臂上某一点的位姿，默认先发生了柔性关节变形，再发生伸缩臂的弹性变形。
[0070]
在一些可能的实施例中，步骤s2013包括以下子步骤：根据相邻次级伸缩臂，确定第一坐标系和第二坐标系；根据第二坐标系相对于第一坐标系的变换矩阵，确定第三齐次变换矩阵。而确定第二坐标系相对于第一坐标系变换矩阵的过程包括的子步骤有：构建第三坐标系，确定第一坐标系到第三坐标系的位姿变换为第一变换，确定第三坐标系到第二坐标系的变换为第二变换；第二变换的变换矩阵是由第三坐标系相对于第二坐标系的纵坐标确定。
[0071]
而在先发生了柔性关节变形，再发生伸缩臂的弹性变形的基础上，本实施例提供两种新的运算t类耦合运算和x类耦合运算。
[0072]
具体地，t类耦合运算主要解决伸缩臂与伸缩臂之间的相对转角问题。为确定前级伸缩臂(一级臂)偏转的角度β1，以及后级伸缩臂(二级臂)的偏转角度β2。从坐标系{i}到坐标系{i+1}变换中，引入一个中间坐标系{it}并产生两个中间变换和{it}的坐标原点位于w
i
(x
i
)上，{it}的x轴指向w
i
(x
i
)末端点，w
i
(x
i
)为伸缩臂i在坐标系{i}中的挠度曲线方程。坐标系{i}的x轴与坐标系{it}的x轴夹角为β
i
，即{it}的位姿可以由w
i
(x
i
)给出。由于实施例伸缩臂内的滚动轮组看成刚性体，确定{it}相对于{i}的位姿，经过简单的平移变换，即可得到{i+1}，其中包括以及β
i
：
[0073][0074]
[0075][0076]
其中，l
i
为次级伸缩臂的连杆长度(例如，一级臂的连杆长度)；wl
i
x为{it}在{i}的横坐标位置；w
i
(x
i
)为伸缩臂i在坐标系{i}中的挠度曲线方程；为{i+1}位于{it}的纵坐标，其也等效于滚动轮组的直径。根据和的矩阵可以得到：
[0077][0078]
进而得到t类耦合运算的方法下，{i+1}相对于{i}的变换矩阵为：
[0079][0080]
x类耦合运算主要用于解决多级伸缩臂和末端夹具的相对转角问题。在坐标系{i
′
}到坐标系{i+1}变换中，引入一个坐标系{ix}并产生两个中间变换和{ix}的坐标原点位于w
i
(x
i
)上，且w
i
(x
i
)的x坐标轴与w
i
(x
i
)在该点的切线方向一致，所以，{ix}的位姿也可以由w
i
(x
i
)给出。由于伸缩臂内的滚动轮组看成刚性体，那么{ix}通过平移变换即可得到{i+1}的位姿。{i+1}最终得到相对于{i
′
}的位姿的过程中，和加下：
[0081][0082][0083]
其中，wθ
i
(x
i
)为伸缩臂i在坐标系{i
′
}下的截面转角方程，
xi
y
i+1
为{i+1}位于{ix}的纵坐标。根据和可以得到：
[0084][0085]
进而得到x类耦合运算下，{i+1}相对于{i
′
}的变换矩阵为：
[0086][0087]
s2014、根据第一齐次变换矩阵、第二齐次变换矩阵以及第三齐次变换矩阵通过递推方程得到误差模型。
[0088]
具体地，把一个齿驱多级伸缩臂的各级伸缩臂按结构功能划分为如下三类：把基
本臂作为前级伸缩臂、把与夹具相连的外伸臂作为末级伸缩臂、其余处于中间段的外伸臂划分为中级伸缩臂。和都可以取作到的中间的齐次变换矩阵，但重载齿驱多级伸缩臂的前级伸缩臂和中级伸缩臂，用矩阵右乘得到后级伸缩臂的初始姿态时，使用作为齐次变换矩阵比使用更准确。而末端执行器的姿态选用作为齐次变换矩阵更准确。由于前级伸缩臂的坐标系建在基本臂的轴线上，基坐标建在基本臂的转动关节上，所以前级伸缩臂不会外伸臂关节参数误差。但为了简化递推方程的形式，实施例中，前级伸缩臂存在外伸臂关节参数误差，但此时前级伸缩臂的外伸臂关节参数误差设为零，即：
[0089][0090]
结合基本臂关节参数误差模型、外伸臂关节参数误差模型、柔性连杆误差模型，对各误差模型齐次变换矩阵整理得到：
[0091]
前级伸缩臂：
[0092]
中间(级)伸缩臂：
[0093]
末级伸缩臂：
[0094]
得到重载齿驱多级伸缩臂系统的刚柔耦合误差递推方程：
[0095][0096]
将其整理得到：
[0097][0098]
递推方程中，为基本臂关节参数误差模型。刚柔耦合误差递推方程即为第一误差模型。
[0099]
s202、根据第一误差模型，得到运动轨迹的第一耦合挠度。
[0100]
具体地，用0w
i+1
表示末端伸缩臂的夹具相对于基本臂坐标系的耦合挠度，则有
[0101][0102]
其中，
tn
y
n+1
和
xi
y
x+1
均为{i+1}位于{it}的纵坐标，二者区别如下：
tn
y
n+1
表示关节n+1坐标系相对于关节n坐标系的纵坐标，其也等效于滚动轮组的直径；
xi
y
x+1
指末端夹具坐标系原点相对其前一个关节坐标系的纵坐标。
[0103]
例如，对于重载齿驱二级伸缩臂系统，取i＝3时，则得到的末端夹具相对于基本臂的其次变化矩阵为：
[0104][0105]
联立刚柔耦合误差递推方程，得到：
[0106][0107]
在矩阵中：
[0108]
r
11
＝r
13
＝cos(θ1+εθ1+β1+θ2+β2+θ3+wθ3)
[0109]
r
12
＝-r
21
＝-sin(θ1+εθ1+β1+θ2+β2+θ3+wθ3)
[0110]
r
31
＝wl1x
×
cosσ1+wl2x
×
cosσ2+wl3x
×
cosσ
3-w1×
sinσ
1-w2×
sinσ
2-w3×
sinσ3+0x
1-t1
y2×
sin(σ1+β1)-t2
y3×
sin(σ2+β2)-x2
y3×
sin(σ3+wθ3)
[0111]
r
32
＝wl1x
×
sinσ1+wl2x
×
sinσ2+wl3x
×
sinσ3+w1×
cosσ1+w2×
cosσ2+w3×
cosσ3+0y1+
t1
y2×
cos(σ1+β1)+
t2
y3×
cos(σ2+β2)+
x3
y4×
cos(σ3+wθ3)
[0112]
r
33
＝1
[0113]
σ1＝θ1+εθ1[0114]
σ2＝θ1+εθ1+β1+θ2[0115]
σ3＝θ1+εθ1+β1+θ2+β2+θ3[0116][0117]
对于实际应用的重载齿驱二级伸缩臂系统，伸缩臂系统为了减少关节载荷、增加安全性和稳定性，一般会在基本臂上设计辅助支撑，此时基本臂的支撑形式不再是外伸梁形式，其弹性形变也相应减少。若此时忽略基本臂的弹性形变，即
[0118]
那么，重载齿驱二级伸缩臂系统刚柔耦合误差方程为：
[0119]0w4＝r
23-[0y1+
t1
y2+
t2
y3+
x3
y4]
[0120]
其中：
[0121][0122]
在一些可行的实施例中，运动轨迹的耦合挠度由挠度时变方程所确定，挠度时变方程根据多级伸缩臂的关节运动，确定多级伸缩臂的变化以及变化趋势。
[0123]
具体地，重载齿驱多级伸缩臂具有辅助支撑结构，所以基本臂看作是刚性体，在求解0w
1+1
的过程中，关键是推算出挠度曲线时变方程w
i
和wθ
i
，重载齿驱多级伸缩臂各关节具有相对独立的运动，相邻伸缩臂的运动相互关联，各级伸缩臂都由刚性滚动轮组作为支撑。考虑到重载齿驱多级伸缩臂的机械结构和运动状态，运用euler-bernoulli梁理论，把各级伸缩臂设为外伸梁模型，采用叠加原理和假设刚体法，建立各级伸缩臂的挠度曲线时变方程。根据挠度曲线时变方程确定该运动轨迹的耦合挠度。
[0124]
s203、对运动轨迹进行仿真得到第二耦合挠度，根据第一耦合挠度以及第二耦合挠度对第一误差模型进行误差补偿，得到第二误差模型，根据第二误差模型控制多级伸缩
臂运动。
[0125]
具体地，采用虚拟样机技术验证重载齿驱多级伸缩臂刚柔耦合误差递推方程，以重载齿驱二级伸缩臂为例，对多级伸缩臂进行刚柔耦合运动学仿真，将仿真结果与计算结果相比较并得出结果。并把重载齿驱二级伸缩臂刚柔耦合误差方程应用于实际，对一台特种码垛机器人进行运动学误差标定。
[0126]
例如，仿真过程中，采用solidworks对特种码垛机器人进行三维建模、利用ansys对齿驱重载多级伸缩臂进行机械臂柔性化、再利用adams建立刚柔耦合机械臂的仿真模型。从仿真结果可以确定多级伸缩臂的刚柔耦合挠度随关节运动量增大而呈现增大的趋势，在仿真的最大时刻时达到最大耦合挠度，运动学模型的计算结果和仿真图像曲线趋于一致，最大挠度处的实际相对误差为处于可允许误差范围内。重载齿驱二级伸缩臂刚柔耦合误差递推方程对仿真模型的耦合误差描述准确。
[0127]
又例如，对刚柔耦合误差进行分析和误差补偿，通过补偿基本臂的关节偏差量，有无数组关于函数解，使得数学模型准确地描述实际运动情况，理论上存在一组最优的解。在实际情况中，基本臂的辅助支撑结构也具有柔性形变，导致重载齿驱多级伸缩臂刚柔耦合误差模型变得更加复杂，此时，把辅助支撑弹性形变引起的伸缩臂系统的误差累计到基本臂的关节偏差量里，能大大减低对实际机器人的误差标定难度。
[0128]
如图6所示，生成理想情况下重载齿驱二级伸缩臂刚柔耦合误差方程的曲线，与刚柔耦合误差的测量数据绘制成的曲线作比，其中，横坐标为移动关节2至移动关节3的位移，其中，移动关节2为一级臂与基本臂的关节点(即滑轮位置)；移动关节3为一级臂与二级臂的关节点(即滑轮位置)。测量数据是采用光电测距传感器，测出未装夹具、空载时的运动情况。因为考虑到外伸臂关节参数误差模型，外伸臂的支撑形式可能会发生改变，所以理想耦合误差曲线会在某个外伸臂关节变量发生突变。
[0129]
如图7所示，同样的，横坐标为移动关节2至移动关节3的位移，其中，移动关节2为一级臂与基本臂的关节点(即滑轮位置)；移动关节3为一级臂与二级臂的关节点(即滑轮位置)；通过补偿基本臂的关节偏差量εθ1，有无数组关于εθ1函数解，使得数学模型准确地描述实际运动情况，理论上存在一组最优的解，图7为使用二值法给出的一组较优解。
[0130]
如图8所示，同样的，横坐标为移动关节2至移动关节3的位移，其中，移动关节2为一级臂与基本臂的关节点(即滑轮位置)；移动关节3为一级臂与二级臂的关节点(即滑轮位置)；基本臂的辅助支撑结构也具有柔性形变，导致重载齿驱多级伸缩臂刚柔耦合误差模型变得更加复杂，此时，把辅助支撑弹性形变引起的伸缩臂系统的误差累计到基本臂的关节偏差量εθ1里，能大大减低对实际机器人的误差标定难度。
[0131]
较下面针对本方法某一实施例的完整实施过程进行完整的表述：
[0132]
本实施例的方法对大范围运动、含有冗余自由度的特种码垛机器人，分别建立了基本臂柔性关节参数辨识模型、伸缩臂柔性关节和柔性连杆耦合参数辨识模型，得到多级伸缩臂刚柔耦合误差递推模型。应用euler-bernoulli梁理论，结合叠加原理和假设刚体法对一级伸缩臂和二级伸缩臂进行挠度曲线建模，推导出各级伸缩臂的挠度曲线时变线性方程。运用matlab软件对码垛机器人各级伸缩臂进行数学建模、数值计算和函数可视化。基于solidworks三维刚体建模软件和adams虚拟样机仿真技术，对各级伸缩臂进行柔性替换，建立重载齿驱多级伸缩臂的刚柔耦合仿真模型，展示出多级伸缩臂在运动过程中的耦合效
应，并与数学模型计算结果进行比较，确定了重载齿驱多级伸缩臂的刚柔耦合误差模型，并对实际机器人进行误差补偿。
[0133]
第二方面，本发明的技术方案提出了一种大行程多级伸缩臂的控制系统，包括：
[0134]
建模单元，用于对多级伸缩臂进行划分得到若干次级伸缩臂；建立次级伸缩臂的第一误差模型；第一误差模型包括：基本臂关节参数误差模型、外伸臂关节误差模型以及柔性连杆误差模型
[0135]
数据处理单元，用于确定多级伸缩臂的运动轨迹，根据第一误差模型，得到运动轨迹的耦合挠度；
[0136]
仿真单元，对第一误差模型进行运动补偿，得到第二误差模型；
[0137]
控制单元，根据第二误差模型在多级伸缩臂的运动过程进行误差补偿，控制多级伸缩臂运行。
[0138]
第三方面，本发明实施例还提供一种大行程多级伸缩臂的控制装置，其包括至少一个处理器；至少一个存储器，用于存储至少一个程序；当至少一个程序被至少一个处理器执行，使得至少一个处理器实现如第二方面中的一种大行程多级伸缩臂的控制方法。
[0139]
本发明实施例还提供了一种存储介质内存储有程序，程序被处理器执行如第二方面中的方法。
[0140]
从上述具体的实施过程，可以总结出，本发明所提供的技术方案相较于现有技术存在以下优点或优势：
[0141]
1.本发明方法能更好地描述各级伸缩臂和末端夹具的位姿和相对误差，针对于重载齿驱多级伸缩臂误差模型建模和误差补偿简单，为建立多级伸缩臂刚柔耦合误差建模提供一种新的方法。
[0142]
2.本发明所采用的重载齿驱多级伸缩臂刚柔耦合误差递推方程能较好地描述多级伸缩臂系统的耦合挠度。
[0143]
在一些可选择的实施例中，在方框图中提到的功能/操作可以不按照操作示图提到的顺序发生。例如，取决于所涉及的功能/操作，连续示出的两个方框实际上可以被大体上同时地执行或所述方框有时能以相反顺序被执行。此外，在本发明的流程图中所呈现和描述的实施例以示例的方式被提供，目的在于提供对技术更全面的理解。所公开的方法不限于本文所呈现的操作和逻辑流程。可选择的实施例是可预期的，其中各种操作的顺序被改变以及其中被描述为较大操作的一部分的子操作被独立地执行。
[0144]
此外，虽然在功能性模块的背景下描述了本发明，但应当理解的是，除非另有相反说明，功能和/或特征中的一个或多个可以被集成在单个物理装置和/或软件模块中，或者一个或多个功能和/或特征可以在单独的物理装置或软件模块中被实现。还可以理解的是，有关每个模块的实际实现的详细讨论对于理解本发明是不必要的。更确切地说，考虑到在本文中公开的装置中各种功能模块的属性、功能和内部关系的情况下，在工程师的常规技术内将会了解该模块的实际实现。因此，本领域技术人员运用普通技术就能够在无需过度试验的情况下实现在权利要求书中所阐明的本发明。还可以理解的是，所公开的特定概念仅仅是说明性的，并不意在限制本发明的范围，本发明的范围由所附权利要求书及其等同方案的全部范围来决定。
[0145]
其中，功能如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可
以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：u盘、移动硬盘、只读存储器(rom，read-only memory)、随机存取存储器(ram，random access memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
[0146]
在流程图中表示或在此以其他方式描述的逻辑和/或步骤，例如，可以被认为是用于实现逻辑功能的可执行指令的定序列表，可以具体实现在任何计算机可读介质中，以供指令执行系统、装置或设备(如基于计算机的系统、包括处理器的系统或其他可以从指令执行系统、装置或设备取指令并执行指令的系统)使用，或结合这些指令执行系统、装置或设备而使用。就本说明书而言，“计算机可读介质”可以是任何可以包含、存储、通信、传播或传输程序以供指令执行系统、装置或设备或结合这些指令执行系统、装置或设备而使用的装置。
[0147]
计算机可读介质的更具体的示例(非穷尽性列表)包括以下：具有一个或多个布线的电连接部(电子装置)，便携式计算机盘盒(磁装置)，随机存取存储器(ram)，只读存储器(rom)，可擦除可编辑只读存储器(eprom或闪速存储器)，光纤装置，以及便携式光盘只读存储器(cdrom)。另外，计算机可读介质甚至可以是可在其上打印程序的纸或其他合适的介质，因为可以例如通过对纸或其他介质进行光学扫描，接着进行编辑、解译或必要时以其他合适方式进行处理来以电子方式获得程序，然后将其存储在计算机存储器中。
[0148]
应当理解，本发明的各部分可以用硬件、软件、固件或它们的组合来实现。在上述实施方式中，多个步骤或方法可以用存储在存储器中且由合适的指令执行系统执行的软件或固件来实现。例如，如果用硬件来实现，和在另一实施方式中一样，可用本领域公知的下列技术中的任一项或他们的组合来实现：具有用于对数据信号实现逻辑功能的逻辑门电路的离散逻辑电路，具有合适的组合逻辑门电路的专用集成电路，可编程门阵列(pga)，现场可编程门阵列(fpga)等。
[0149]
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
[0150]
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。
[0151]
以上是对本发明的较佳实施进行了具体说明，但本发明并不限于上述实施例，熟悉本领域的技术人员在不违背本发明精神的前提下还可做作出种种的等同变形或替换，这些等同的变形或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。