工业机器人精度评估与误差补偿研究

摘要

工业机器人作为一个应用多种学科知识的现代化工业生产设备，其运动的高效性、可靠性促使越来越多的生产厂商采用工业机器人来取代手工劳动力。目前，工业机器人的重复定位精度高而绝对定位精度低，机器人精度评估和误差补偿能有效提高其绝对定位精度，对提高其使用寿命和扩大机器人应用范围具有重要的意义。
　　本文首先针对国内外关于工业机器人的精度评估和误差补偿理论进行了深入调研与总结，并提出了本文的研究目的和内容。然后，依据国家标准给出了工业机器人的精度评定准则和检定方法，运用修正的五参数模型建立了机器人的末端位姿误差模型，利用奇异值分解与最小二乘法迭代法相结合进行了几何参数误差的求解，基于误差补偿的原理假设，利用Newton-Raphson迭代法求解出机器人各标定位形下的关节补偿转角，同时针对系数矩阵的摄动问题，利用遗传算法求解以矩阵条件数为目标函数的优化模型，得到机器人优化标定位形。接着，分析了各D-H参数误差对各连杆、末端位姿精度和误差模型准确性的影响，验证了误差模型能够适用于机器人微小几何误差的分析，同时进行了几何参数误差辨识和误差补偿的仿真研究，论证了参数辨识和误差补偿方法的有效性。为快速便捷的完成机器人的精度评估和误差补偿，在VC6.0平台上开发了机器人精度测试和误差补偿软件。最后，将整个机器人位置测量系统和标定软件用于实验室IRB120机器人的精度测试和标定，整个过程能够在35分钟内快速完成，且使得机器人的绝对定位精度由标定前的0.5mm提高到标定后的0.3mm。
　　本文所开发的工业机器人性能测试及标定软件能够跟ABB机器人控制器兼容，通过数据的串口通讯，能够在 PC机端对机器人进行实时控制以便快速完成机器人标定。所研究内容对工业机器人的运动控制和标定软件研发具有一定的参考价值。

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注释表

缩略词

第一章 绪论

1.1研究背景

1.2 研究目的和意义

1.3 国内外研究现状

1.4 本文的研究内容与结构安排

第二章 工业机器人精度评估与误差补偿理论

2.1 引言

2.2 工业机器人精度评估理论

2.3 机器人误差补偿理论

2.4 机器人标定位形优化

2.5 本章小结

第三章 机器人参数辨识与误差补偿仿真分析

3.1 引言

3.2 几何参数误差对关节位姿精度的影响

3.3 几何参数误差对误差模型准确性的影响

3.4 机器人误差参数辨识仿真

3.5 机器人误差补偿仿真

3.6 本章小结

第四章 机器人性能测试与标定软件

4.1引言

4.2机器人性能测试和标定软件

4.3 软件功能模块组成

4.4 机器人三维运动仿真实现

4.5 本章小结

第五章 工业机器人精度分析和误差补偿实验

5.1 引言

5.2 机器人精度测试平台的搭建

5.3 机器人的精度评估

5.4 机器人的标定

5.5 本章小结

第六章 总结和展望

6.1 研究总结

6.2 后续展望

参考文献

致谢

在学期间的研究成果及发表的学术论文