工业机器人在线误差测量与实时控制补偿技术研究

摘要

高端装备制造作为《中国制造2025》的一项重要内容，体现了一个国家的工业技术水平，而且越来越受到广泛关注。目前，我国正在发展以大型飞机、海洋工程装备、核电装备等为主的一批重大工程。这些产业的重要特点就是加工工件的尺寸大、要求精度高。而传统的加工方法很难满足这些特点。工业机器人的由于其价格相对较低、柔性好、工作空间大等优点，越来越广泛地被应用于机械加工领域。因此，本文提出了一种工业机器人应用于机械加工的工业机器人在线误差测量与实时控制补偿系统。外部测量设备实时测量机器人的位置与姿态，并结合相应的补偿算法实现位姿误差补偿，从而提高机器人在机械加工过程中的精度。
　　研究了本文采用的KUKA KR5 arc型工业机器人的结构。探究了其传感器接口Robot Sensor Interface的配置方式以及实现过程。同时，基于D-H模型标定了KUKA机器人。
　　为了提高工业机器人的位姿精度，构建了基于激光跟踪仪的工业机器人在线测量与实时控制补偿系统，编写了上位机与机器人和激光跟踪仪通信的程序。实现了上位机获取激光跟踪仪的测量数据，计算位姿误差以及将得到的误差通过KUKA RSI进行补偿。
　　利用构建的系统，进行了工业机器人位置误差测量与在线补偿实验。通过与离线标定实验结果进行对比分析，验证了本文构建的系统误差补偿精度高的优点。同时，设计了一种使用激光跟踪仪测量工业机器人末端姿态的方法，并基于构建的系统进行了机器人姿态误差测量与在线补偿实验。
　　提出了一种工业机器人在执行连续路径过程中的误差补偿策略。包括连续路径分段插值多点补偿以及实时补偿策略。并设计了一种基于 PID控制的实时误差补偿算法。实验结果表明，此方法能够在机器人执行连续路径过程中达到较高的精度。

目录

声明

第1章 绪论

1.1研究背景和意义

1.2国内外研究现状

1.3本文研究内容

第2章 KUKA KR5 arc型工业机器人及其传感器接口的研究

2.1 KUKA KR5 arc工业机器人介绍

2.2 KUKA工业机器人坐标系统

2.3机器人运动指令

2.4 KUKA机器人运行模式

2.5 KUKA Robot Sensor Interface

2.6本章小结

第3章 工业机器人运动学及其标定技术

3.1 KUKA机器人运动学

3.2机器人运动学模型

3.3机器人标定技术研究

3.4本章小结

第4章 工业机器人在线误差测量补偿系统设计

4.1在线误差补偿系统结构

4.2在线误差补偿系统软件设计

4.3本章小结

第5章 工业机器人离散点位姿测量与在线误差补偿研究

5.1基于KUKA RSI的位姿补偿研究

5.2机器人位置误差测量

5.3基于激光跟踪仪的姿态测量

5.4机器人位姿误差补偿

5.5本章小结

第6章 工业机器人连续路径误差补偿技术研究

6.1连续路径补偿策略

6.2连续路径补偿技术研究

6.3本章小结

第7章 总结与展望

7.1全文总结

7.2工作展望

参考文献

发表论文和参加科研情况说明

致谢