螺旋桨机器人铣削平台的几何误差标定与试验研究

摘要

船用螺旋桨是船舶动力系统的重要部件之一，目前加工螺旋桨的主要手段是数控机床。工业机器人具有精度高、效率高、柔性高等优点，正逐步应用于机械加工领域，将工业机器人应用至螺旋桨加工，可以提高其加工效率和自动化水平。机器人的几何精度和结构刚性是影响其末端定位精度的重要因素，从而影响加工精度，因此需要对机器人的几何和刚性进行分析。机器人对螺旋桨复杂曲面特征加工时，需要开展机器人离线编程。
　　针对中型螺旋桨加工的需求，预估机器人工作空间并计算加工电主轴需要的功率和扭矩，对工业机器人和电主轴选型。设计机器人加工平台的控制系统和机械集成，完成了船用螺旋桨机器人铣削平台的搭建。
　　以ABB IRB6660机器人为研究对象，分析机器人本体在笛卡尔空间和关节空间的几何误差，基于D-H模型建立了机器人末端到基坐标系下的映射关系，推导机器人正逆运动学方程。基于激光跟踪仪开展机器人几何标定，需要建立测量坐标系和基坐标系的转换关系，而且靶标不能安置在机器人法兰中心，因此建立了基于距离差的误差模型。采用CPA法和L-M法标定出两组运动学参数并验证，提高了机器人的定位精度。
　　建立了机器人传统刚度模型，借助激光跟踪仪和测力仪等设备开展机器人关节刚度辨识试验。选取机器人姿态加载，测量出机器人末端的变形，将机器人末端的变形和力变换到法兰坐标系下，辨识出机器人各关节刚度。最后，在验证试验中预测机器人末端变形，并与实际变形对比，验证了辨识结果的正确性。
　　最后，针对螺旋桨加工开展机器人离线编程，分析加工平台中坐标系，标定工件坐标系和刀具坐标系。基于 UG开展轨迹规划生成螺旋桨加工刀路文件，在RobotStudio软件中转换机器人RAPID语言，推导并验证转换的正确性，设计工艺参数对螺旋桨叶面非重叠区域开展铣削加工。

目录

声明

1. 绪论

1.1 课题来源

1.2 研究背景与意义

1.3 国内该研究现状

1.4 主要工作

2. ABB IRB6660机器人铣削平台的搭建

2.1 工业机器人的选型

2.2 铣削加工电主轴选型

2.3 工业机器人加工平台搭建

2.4 本章小结

3. 机器人铣削平台几何误差辨识与标定

3.1 机器人铣削平台几何误差分析

3.2 IRB 6660机器人运动学建模

3.3 机器人几何参数标定

3.4 本章小结

4. 机器人铣削平台静刚度辨识的试验研究

4.1 机器人的雅可比矩阵

4.2 工业机器人静刚度建模

4.3 工业机器人刚度辨识试验

4.4 本章小结

5. 螺旋桨机器人铣削加工的试验研究

5.1 机器人加工平台坐标系

5.2 IRB 6660机器人离线编程

5.3 螺旋桨机器人加工试验

5.4 本章小结

6. 总结与展望

6.1 全文总结

6.2 研究展望

致谢

参考文献

附录1几何标定试验测量数据

附录2关节刚度试验测量数据