基于激光跟踪仪测量的机器人定位精度提高技术研究

摘要

目前，工业机器人已越来越多地应用于飞机数字化装配中，大大提高了飞机装配的效率和质量。机器人末端通过连接各种飞机部件、系统件、制孔模板等，可精确定位各种飞机部件、系统件和制孔模板，大量减少各种装配辅助工装;机器人末端连接多功能动力头，可实现飞机部件制孔、镗孔等功能，大大提高了飞机装配的数字化水平、大幅度提升了飞机装配的质量。工业机器人虽然具有较高的重复定位精度，但其定位精度受到其自身结构的影响，不能达到高精度装配的要求，因而需要引入激光跟踪仪进行高精度、大范围的测量，以提高机器人的定位精度，达到装配安装的要求。研究基于激光跟踪仪的机器人定位精度提高技术对进一步扩展工业机器人在飞机数字化装配系统中的应用，提高飞机装配的质量和柔性化水平有着十分重要的意义。本文以飞机数字化装配为研究背景，研究了基于激光跟踪测量的机器人定位精度提高技术。各章节具体内容如下:
　　本文第一章阐述了激光跟踪仪测量技术和工业机器人技术在飞机数字化装配技术中的应用及国内外研究现状，介绍了激光跟踪仪测量技术和工业机器人技术，论述了论文的选题背景和总体框架。第二章介绍了LEICA激光跟踪仪系统的组成、测量原理，分析了激光跟踪仪的转站原理和测量误差，并简单介绍了激光测量系统软件的功能模块;对KUKA KR360-2F工业机器人的运动学进行了求解。第三章以KUKA机器人连杆参数为优化参数，建立了机器入连杆参数优化模型;采用牛顿法对机器人的连杆参数进行了优化，仿真实验表明:连杆参数优化的结果与实际情况相符，可大大提高轻载条件下机器人的定位精度。第四章提出了一种基于激光跟踪测量的机器人工具坐标系标定方法，阐述了标定原理和标定过程。针对该方法标定精度不稳定的情况，通过机器人的奇异位形分析，证明了机器人奇异位形会对工具坐标系标定精度造成影响，并进行了实验验证。第五章在阐述飞机数字化装配中机器人加工作业系统的组成、功能及各坐标系标定的基础上，提出了一种基于激光跟踪测量的机器人姿态修正方法，阐述了其原理及过程，介绍了机器人姿态修正技术与软件系统的集成。第六章对全文工作进行总结，对需要进一步研究的工作进行了展望。

目录

声明

致谢

摘要

第一章 绪论

1．1 引言

1．2 激光跟踪仪及机器人在飞机数字化装配中的应用

1．2．1 国外应用及研究现状

1．2．2 国内应用及研究现状

1．3 激光跟踪仪测量技术

1．4 工业机器人技术

1．5 论文的选题背景和研究内容、论文总体框架

1．5．1 论文选题背景和研究内容

1．5．2 论文总体框架

第二章 LEICA激光跟踪仪与KUKA机器人

2．1 激光跟踪仪的组成和测量原理、转站原理及测量误差

2．1．1 LEICA激光跟踪仪组成和测量原理

2．1．2 激光跟踪仪转站原理

2．1．3 激光跟踪仪的测量误差

2．1．4 激光测量系统软件简介

2．2 KUKA机器人及其运动学求解

2．2．1 KUKA机器人系统简介及其技术参数

2．2．2 KUKA机器人的运动学求解

2．3 本章小结

第三章 基于激光跟踪测量的机器人连杆参数标定

3．1 引言

3．2 基于激光跟踪测量的机器人连杆参数标定方法

3．2．1 基于机器人末端误差最小化模型

3．2．2 牛顿法求解最优化模型

3．3 仿真实验验证

3．3．1 仿真实验方法

3．3．2 仿真结果分析

3．4 本章小结

第四章 基于机器人奇异位形的工具坐标系分析研究

4．1 引言

4．2 虚点对尖法标定工具坐标系

4．2．1 虚点对尖法标定原理

4．2．2 虚点对尖法标定过程

4．3 机器人奇异位形分析

4．3．1 机器人奇异性

4．3．2 KUKA机器人的奇异位形

4．3．3 奇异位形分析及奇异位形对工具坐标系标定的影响

4．4 工具坐标系标定实验与结果分析

4．4．1 实验数据

4．4．2 结果分析

4．5 本章小结

第五章 基于激光跟踪测量的机器人姿态修正技术

5．1 引言

5．2 机器人加工作业系统的组成及系统中坐标系的标定

5．2．1 机器人加工作业系统组成及功能

5．2．2 系统中主要坐标系的标定

5．3 机器人姿态修正原理及姿态修正过程

5．3．1 机器人姿态修正原理

5．3．2 机器人姿态修正过程

5．4 姿态修正技术与软件系统的集成

5．4．1 机器人OPC通信技术简介

5．4．2 激光测量系统软件与机器人OPC服务器的通信

5．5 本章小结

第六章 总结与展望

6．1 总结

6．1 展望

参考文献