误差补偿方法的研究

5.1 引言

多足步行机器人在运动过程中，由于前述多种因素的影响，机器人末端平台将会 偏离理想的运动轨迹，从而产生轨迹误差。因此如何对机器人的末端运动轨迹误差进 行补偿，以便消除或降低机器人末端的运动轨迹误差，也是一个很重要的问题。

为了提高步行机器人的定位精度，降低运动平台的位姿误差，通过误差分析求出 机身的位姿误差后，需要通过一定的方法来消除这些误差，这就是多足步行机器人的 误差补偿。机器人的误差补偿方法目前主要有两种：一是采用软件方法，这种方法是 通过机器人控制软件来调整机器人末端执行器的名义位姿参数或名义输入运动参数来 实现的，这种方法需要较长的计算时间，因此其实时性稍差；另一种补偿方法是硬件 法，这种方法采用误差补偿器来消除机器人末端执行器的位姿误差，这种方法虽然具 有精度高，实时性好等优点，但也具有成本较高的缺点。

由于各项机械误差和控制误差产生的影响不能通过控制系统本身加以除，因此希 望通过控制软件来校正机器人末端执行器的位姿，实现机器人的位姿误差补偿。根据 多足步行机器人正运动学误差分析可知，机器人的腿部连杆误差

δ

可确定其误差，多足步行机器人的输入参数是腿部的三个关节变量，因此可以通过控 制软件对驱动关节进行补偿，从而实现对机器人位姿的补偿。

本文将结合四足步行机器人的运动模型，对机器人末端位姿进行补偿，通过给定 腿部驱动关节一个微小的偏移量，来抵消由于其它误差因素所引起的位姿误差，从而 达到理想的定位精度。

5.2 位姿补偿模型

误差，

δ

δα

则

由基于正运动学误差分析可计算得到从属关节误差如表 5.4 所示，机器人末端位姿 误差如表 5.5 所示。

表 5.4 从属关节角误差(゜) φ1

Δ Δφ₂ Δφ₃

-1.2281 -1.1135 -1.0135

表 5.5 机器人输出位姿误差(m)

0.03 -0.14 -0.73

表 5.7 机器人关节名义补偿量(゜)

腿的编号 δφ δϕ δχ

1

i= 0.0174 -0.2149 0.2722

3

i= 0.0143 -0.0716 0.3204

4

i= -0.0000 -0.2865 0.3368

根据误差补偿模型编制相应的 Matlab 程序，由给定的参数即可求出各关节的名义 角度补偿量，如表 5.6 所示。由式（5.2）求得关节角度的实际补偿值，如表 5.7 所示。

表 5.8 机器人关节实际补偿值(゜)

腿的编号 δφ δϕ δχ

1

i= 1.2455 -0.4149 -0.0378 3

i= 1.1278 -0.1716 0.0204

4

i= -1.0135 -0.4865 0.1368

为了验证该误差补偿方法的有效性，现将机器人连杆误差、立足点误差，关节角 实际误差代入机器人正运动误差求解方程，求得经过补偿后机器人的位姿误差如表 5.8 所示。

表 5.9 补偿后机器人输出位置误差（mm）

Δx Δy Δz

-0.09 0.16 -0.04

表 5.10 补偿后机器人输出位置误差（゜）

θ

Δ Δ

θ

θ

0.002 -0.012 -0.05

可以看出机器人机体位置误差相对于未补偿前的位姿误差明显减小，可以证明该 误差补偿方法是有效的。

5.4 本章小结

本章主要进行了多足步行机器人位姿误差补偿方法的研究，针对四足步行机器人 的特征，提出了一种位姿补偿建模的方法，根据已知误差参数，求解各关节角度所需 的补偿量，通过控制系统给定驱动关节预置偏移量，从而达到抵消其它误差参数对位 姿的影响。结合具体的算例，验证了该方法的有效性，在实际应用中具有可行性。