一种过约束五自由度混联机器人误差补偿与标定实验研究

发布时间：2020-06-15 11:54

【摘要】：混联机器人综合了串联机器人与并联机器人的优点,具有刚度高,工作空间大,累积误差小等特点。然而精度不足的问题依然是影响着混联机器人不能推广应用的关键,由于混联机器人在加工和装配时产生的误差对机器人末端精度产生的影响均不是线性的,且极难测量,所以运动学标定的方法是提高混联机器人末端精度的有效方法之一。本文以2RPU/UPR+RP型过约束混联机器人作为研究对象,围绕着混联机器人误差补偿与标定问题进行了理论分析,仿真验证以及实验研究等工作。本文首先对2RPU/UPR+RP过约束混联机器人进行运动学反解分析,随后分析影响混联机器人末端精度的26项几何误差的来源,并对提高混联机器人精度的方法进行研究。为了方便混联机器人的调试与分析误差,基于Solidworks软件的API接口进行混联机器人的二次离线系统开发,实现自动化装配、修改位置信息和输出文件等功能,为下一步的标定研究提供方便。其次,通过混联机器人各误差源对精度的影响系数分析,得出对混联机器人末端位置影响较大的误差参数,并依此对混联机器人首先进行零点位置误差标定理论分析。分别采用基于闭环矢量链法和遗传算法对并联部分进行零点位置误差标定理论分析,采用平面拟合的方法对串联部分进行零点位置误差标定,根据标定原理选用外部测量元件激光跟踪仪器作为位姿测量仪器,并以三组算例进行仿真分析,验证了基于遗传算法的零点位置误差辨识结果优于基于闭环矢量链法辨识结果。再次,为进一步提高混联机器人的末端定位精度,对混联机器人进行全标定分析,同样分别采用基于闭环矢量链法和遗传算法对并联部分进行全标定理论分析,采用轴线拟合的方法对串联部分进行全标定理论分析。通过对误差补偿原理的研究,采用修正运动学参数的方法对本文研究的混联机器人进行误差补偿,并给出一组仿真算例进行验证。最后,基于FAGOR CNC8070控制器搭建了混联机器人的控制系统,并进行控制器参数的调整、运动学算法的嵌入以及反向间隙的补偿。使用Leica AT901激光跟踪仪对混联机器人进行标定实验,通过遗传算法辨识出误差参数并补偿至运动学参数中。根据国家标准,使用安捷伦5529A激光干涉仪对混联机器人的X轴、Y轴和Z轴展开精度测量实验。通过测量实验得到的数据分析,经过标定后混联机器人的定位精度与重复定位精度均有不同程度的提高,并加工了两组零件。
【学位授予单位】：燕山大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TP242
【图文】：

燕山大学工程硕士学位论文1.2.1 串联机器人发展现状工业市场上常见的机器人为串联机器人，其特点是工作空间大，末端关节运动灵活，且应用技术成熟。如图 1-1 所示为 Scara 串联机器人[16]，其由 3 个相互平行的旋转关节以及 1 个直线移动关节组成，其运行精度高，工作空间大，可实现空间内的 3个移动自由度和 1 个转动自由度，由于其速度快，成本低等特点，往往被应用在 PCB板的搬运、药品的搬运等场合。如图 1-2 所示为空间 6 自由度机器人[17]，其由 6 个旋转关节组成，在工作空间中可实现 3 个移动和 3 个转动。在工业应用中通常根据负载能力对串联机器人进行分类，负载较大的机器人往往被应用在汽车生产线上。如图 1-3 所示是具有 7 个旋转关节的串联机器人[18]，相对于传统的 6 关节型机器人，该种机器人运动灵活度更高。如图 1-4 所示是新松机器人公司研发的蛇型机器人，它含有 12 个运动关节，可以灵活的规避空间中的障碍，该种特种机器人适合于空间抓取等作业。

燕山大学工程硕士学位论文1.2.1 串联机器人发展现状工业市场上常见的机器人为串联机器人，其特点是工作空间大，末端关节运动灵活，且应用技术成熟。如图 1-1 所示为 Scara 串联机器人[16]，其由 3 个相互平行的旋转关节以及 1 个直线移动关节组成，其运行精度高，工作空间大，可实现空间内的 3个移动自由度和 1 个转动自由度，由于其速度快，成本低等特点，往往被应用在 PCB板的搬运、药品的搬运等场合。如图 1-2 所示为空间 6 自由度机器人[17]，其由 6 个旋转关节组成，在工作空间中可实现 3 个移动和 3 个转动。在工业应用中通常根据负载能力对串联机器人进行分类，负载较大的机器人往往被应用在汽车生产线上。如图 1-3 所示是具有 7 个旋转关节的串联机器人[18]，相对于传统的 6 关节型机器人，该种机器人运动灵活度更高。如图 1-4 所示是新松机器人公司研发的蛇型机器人，它含有 12 个运动关节，可以灵活的规避空间中的障碍，该种特种机器人适合于空间抓取等作业。

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本文编号：2714378