6-PSS并联机器人的误差分析与补偿

摘要

机器人是现代化社会大生产中必不可少的生产设备，并联机器人由于具有刚度大、承载能力高、响应速度快、易于控制等诸多突出优点而越来越得到重视和应用。并联机器人能够代替人类完成复杂、精细、高强度的工作，既提升了生产能力，又极大的减轻了工人劳作强度，提高了生产效率。本文以具有六自由度的6－PSS并联机器人作为研究对象，为提升该并联机器人的工作性能，着重对其末端执行器的空间定位精度进行了比较系统、深入的研究。
　　 文章首先针对6－PSS并联机器人的结构特征分别建立了固定坐标系和连体坐标系，并对所有机构及运动参数作了统一规定和定义。在此基础上利用杆长公式对其作了运动学逆解，并利用计算机进行了仿真，采用Newton迭代法研究了运动学正解。并联机器人的运动学研究为后面误差分析与误差补偿提供理论依据。
　　 研究并联机器人的误差应包括静态误差和动态误差。静态误差是由于并联机器人各个零部件受力变形产生的，对末端执行器的定位精度起着决定性的作用。本文采用有限元法对静态误差进行了分析，得到由于受力变形产生的等效位姿误差，通过合理选取构件材料和优化构件结构使其等效位姿误差达到合理范围。
　　 然后文章利用空间矢量构建并联机器人运动支链矢量图，依据此矢量图建立起运动支链矢量方程。通过对矢量方程的微分运算，求解得到了构成运动支链各运动构件对误差的影响程度，并确定了零部件的加工精度等级。
　　 最后文章从所有尺寸参数的误差出发，分别对零部件两种不同精度等级的误差进行了研究，并利用Matlab仿真了不同精度等级的误差，得出单纯通过提高零部件加工精度来降低误差并不理想。为了修正末端执行器产生的空间位姿误差，文章采用工作空间法对误差进行补偿，使补偿后的定位精度满足设计要求。
　　 并联机器人末端执行器的空间位姿误差是影响其工作性能的关键因素，对其研究十分重要。本文成功地得到了各运动构件对误差的影响程度和实现了对误差的补偿，保证了6－PSS并联机器人的定位精度，为后续轨迹规划和控制策略提供理论依据。在课题的实施过程中，应用文中提出的方法对其误差进行补偿，使精度满足设计要求，验证了此方法的可行性。