基于预标定的工业机器人绝对定位误差补偿与实验研究

摘要

随着智能制造和高端装配时代的到来，工业机器人的应用得到了前所未有的发展，其中机器人的绝对定位精度是决定一台机器人是否能够投入自动化生产线的最为关键的性能参数，但目前机器人的定位精度普遍不高并且已经不能满足迅速发展的现代工业。通过机器人标定技术可以提高机器人精度来实现不同的作业需求，因此研究机器人的绝对定位精度以及标定技术已成为当前极其重要的课题。
　　本论文对工业机器人绝对定位精度的影响因素及机器人标定技术进行了详细的理论介绍与实验研究。以LR20工业机器人为研究对象，按照机器人运动学标定的思路，首先引用经典的D-H参数模型并在此基础上建立机器人的微分误差模型，利用D-H参数与末端位置误差之间的映射关系对参数进行辨识，最后将修正参数导入机器人控制系统。
　　围绕机器人关节转角带来的偏差，本论文主要从机器人机械零位、减速比和垂直度三个方面进行预标定，对上述内容从理论建模、Simulink系统仿真以及实验验证分别进行研究，分析了机器人预标定对绝对定位精度的影响，同时也为机器人运动学标定实验的开展提供了可靠的数据。
　　本文采用Leica A T930激光跟踪仪作为测量仪器来搭建机器人运动学标定的实验平台，推导出本标定系统测试的TCP位置矩阵和坐标系转换模型，设计了简单独特的参数辨识方法，使得验证后的机器人绝对定位精度均值提高到0.5mm。
　　在机器人运动学标定系统上分析变负载引起机器人末端位置点X、Y和Z三个方向的相对误差权重，通过参数辨识进一步分析了系统结构参数与负载之间的映射关系，利用Matlab拟合二者函数关系，并开发出基于变负载下机器人参数误差修正界面。
　　本文利用高精密检测设备开展机器人位置误差优化实验与精度验证工作，结果与模型计算的机器人末端误差情况具有较好的一致性。通过标定具有耦合作用的影响因素，逐步减小机器人位置误差，一方面也为后续机器人精度自动调节奠定基础，具有一定的实用价值。

目录

声明

致谢

摘要

第一章 绪论

1．1 引言

1．2 课题的研究背景与意义

1．3 国内外研究现状

1．3．1 机器人绝对定位精度影响因素的国内外研究现状

1．3．2 机器人绝对定位精度标定的国内外研究现状

1．4 论文研究的主要内容

第二章 机器人运动学建模与标定算法研究

2．1 引言

2．2 机器人绝对定位精度检测原理

2．2．1 LR20机器人介绍

2．2．2 机器人绝对定位精度的测试方法

2．2．3 机器人绝对定位精度的评定

2．3 机器人运动学建模

2．3．1 机器人D-H模型

2．3．2 机器人运动学误差模型

2．4 机器人参数辨识

2．5 本章小结

第三章 机器人运动学的预标定与实验分析

3．1 引言

3．2 机器人机械零位预标定

3．2．1 机器人关节转角与末端位置关系模型

3．2．2 SimMechanics简介

3．2．3 机器人机械零位误差分析的敏感度仿真

3．2．4 机器人关节转角与末端位置误差关系的实验

3．2．5 机器人机械零位敏感度分析与误差补偿

3．3 机器人减速比的预标定

3．3．1 机器人减速比测量原理

3．3．2 机器人减速比测量实验

3．3．3 机器人减速比敏感度分析与误差补偿

3．4 机器人垂直度的预标定

3．4．1 机器人垂直度测量原理

3．4．2 机器人垂直度测量实验

3．4．3 机器人垂直度敏感性分析

3．5 本章小结

第四章 机器人运动学标定实验研究

4．1 引言

4．2．1 机器人实验设备介绍

4．2．2 Spatial Analyzer软件介绍

4．3 标定实验理论基础

4．3．1 TCP位置的标定

4．3．2 坐标系转换理论

4．4 机器人标定实验研究

4．4．1 实验目的和内容

4．4．2 实验方案

4．4．3 实验结果

4．5 数据处理与误差分析

4．5．1 误差补偿

4．5．2 误差补偿验证

4．6 本章小结

第五章 基于变负载的机器人运动学标定实验研究

5．1 引言

5．2 末端实验装置的设计

5．3 机器人变负载与末端误差关系研究

5．3．1 负载实验内容与目的

5．3．2 负载实验数据处理及分析

5．3．3 D-H参数修正界面的设计

5．5 本章小结

第六章 总结与展望

6．1 总结

6．2 展望

参考文献

攻读硕士学位期间的学术活动及成果情况