工业机器人结构参数辨识与位姿误差补偿研究

摘要

随着国内工业自动化的发展，工业机器人作为其中的一个重要实现手段被广泛应用如喷漆机器人、搬运机器人、焊接机器人等。工业机器人的重复定位精度很高但绝对定位精度较差使工业机器人的应用受到限制，为推广机器人的应用对其进行运动学标定研究非常有必要和意义。
　　本文以实验室机器人样机作为研究对象，鉴于D-H模型奇异问题的存在采用修正后的五参数法建立工业机器人运动学模型；求解机器人样机的正解和逆解；利用非接触九点法确定机器人样机工具坐标系；在上述基础上分析工业机器人的误差来源,工业机器人的误差来源很多为便于研究把静态因素归结为机器人连杆的结构参数误差和转角变量误差，动态因素主要研究机器人柔性关节在机器人自身和负载重力作用下的柔性变形；定义机器人末端位姿误差模型，分析末端位姿误差与机器人误差来源之间的关系来研究机器人参数辨识算法，利用激光跟踪仪采集机器人工作空间内一系列点的位姿，通过最小二乘法计算得到机器人样机的实际结构参数，引入相对转动误差模型和距离误差模型采用两步辨识法分别得到机器人样机与旋转相关参数和剩余结构参数，避免了机器人样机基础坐标系与测量机坐标系之间的转换；利用输入规划法以机器人关节运动变量为补偿对象完成末端误差补偿
　　以机器人参数辨识和误差补偿算法为基础，利用mathematica软件对其算法进行仿真，验证算法的正确性和精确性；之后对实验室的机器人样机进行运动学标定实验，得到了机器人样机的实际结构参数完成了机器人末端的误差补偿。本文机器人运动学标定实验过程简单，辨识结果可靠；误差补偿算法以机器人关节运动变量为补偿对象，不仅提高了机器人的绝对定位精度同时满足了误差补偿实时性要求。

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注释表

第一章 绪论

1.1 工业机器人基本介绍

1.2 工业机器人标定的研究现状及意义

1.3 工业机器人误差来源

1.4 本论文研究目的和主要内容

1.5 小结

第二章 机器人样机结构与运动学分析

2.1 机器人样机结构设计

2.2 机器人样机运动学基础

2.3 机器人样机的正解模型

2.4 机器人样机的逆解模型

2.5 确定工具(靶球)坐标系

2.6本章小结

第三章 机器人关节柔性对位姿的影响研究

3.1 机器人关节柔性变形对位姿的影响

3.2 基于柔性关节的机器人运动学模型

3.3 关节柔性变化量分析

3.4 本章小结

第四章 机器人运动学标定

4.1 误差的建模

4.2 机器人参数辨识

4.3 机器人误差补偿算法

4.4本章小结

第五章 机器人标定实验

5.1实验测量方法

5.2实验过程以及数据处理

5.3本章小结

第六章 总结与展望

6.1 工作总结

6.2 不足与改进

参考文献

致谢

在学期间的研究成果及发表的学术论文