串联机器人运动学参数标定技术的研究

摘要

随着《中国制造2025》战略的实施，机器人行业得到了迅猛的发展，工业机器人的应用领域也越来越广泛。目前，在一些领域对工业机器人的绝对定位精度提出了较高的要求，为此通过对机器人标定技术的研究来提高机器人的定位精度具有现实指导意义。本课题以自主研制的串联机器人为研究对象，对该机器人运动学参数标定技术进行了研究，使其在标定后能够满足工业需求。主要研究内容如下： 首先，根据D-H模型对机器人进行了运动学模型的建立，推导出了该机器人的正向运动学方程、逆向运动学的解析解及雅可比矩阵，并且通过Matlab软件的工具箱Robotics Toolbox对建立的运动学模型进行仿真验证，仿真结果证明建立的正向、逆向运动学模型是正确的。 然后，在对定位误差的来源进行分析后，基于微分变换的思想建立了机器人运动学参数误差模型并推导出其通用形式，并通过Matlab软件进行仿真分析验证了其正确性，同时又对运动学参数误差的敏感性进行了分析并对运动学参数的误差补偿方案进行了说明。 其次，在运动学标定实验中，通过基于6孔标定板标定的间接测量法来实现末端执行器位置的测量。在实验方法上采用了标定板多孔标定法。为了得到较为精确的参数误差，在机器人的工作空间内进行多次实验求取平均值，对数据进行分析得到实验结果并补偿误差以及精度验证。 最后，对TCF标定原理进行了说明，建立了TCF标定模型并采用了基于结构光的非接触式TCF标定方法。在工具上粘贴两个“十”字标记，通过结构光视觉系统分别约束两个标记，以完成TCF的各个参数的标定，结果证明本实验方案对工具坐标系的标定结果较为稳定，数据的准确性满足生产的需要。

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