工业机器人多模式标定及刚柔耦合误差补偿方法研究
发布时间：2021-04-25 21:54
工业机器人以其操作速度快、效率高、模块化结构设计、控制系统灵活、重复性高等优点,在自动化生产、智能化制造中扮演着越来越重要的角色,尤其在高精度、高强度、高风险等工程中正发挥着不可替代的作用。随着工业机器人应用领域的不断拓展,对机器人的作业精度、工作性能提出了越来越高的要求。影响机器人作业精度的因素较多,不仅来源于机器人零部件加工装配和运动控制算法,还包括了机器人使用过程中产生的碰撞、磨损、弹性或非弹性变形。对机器人进行标定和误差补偿,是提高机器人作业精度的有效手段。本文从高精度作业离线编程的应用需求出发,通过仿真与实验相结合,研究机器人多模式标定技术与多源误差建模方法,探讨轨迹误差和非线性误差的预测补偿方法,从而完善机器人精度提高方法,实现最大程度地优化离线编程作业。（1）研究含几何参数误差的机器人逆运动学求解问题,分别提出了完整解析解优化选取算法和基于改进雅可比迭代的关节微小增量方法,从而为机器人实时控制提供了一种高效的计算方法。基于微分运动原理和偏微分方程理论分析机器人在几何参数误差影响下产生的位置误差与姿态误差,利用单因素实验探讨机器人定位误差对外负载变化和温度变化的敏感度,采用...
【文章来源】：江南大学江苏省 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：138 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第一章 绪论
1.1 研究背景
1.2 机器人标定与补偿技术研究现状
1.2.1 测量设备与测量方法
1.2.2 机器人运动学标定
1.2.3 机器人非运动学标定
1.2.4 机器人误差补偿技术
1.3 机器人标定与补偿技术存在的不足
1.4 研究意义与主要研究内容
第二章 串联机器人运动学理论研究
2.1 机器人正运动学分析
2.1.1 位姿描述及坐标变换
2.1.2 欧拉角与方向余弦矩阵
2.1.3 机器人运动学模型
2.2 机器人运动学参数误差研究
2.2.1 微分运动原理分析
2.2.2 运动学位姿误差模型构建
2.3 机器人逆运动学分析
2.3.1 机器人的运动雅可比
2.3.2 解析解优化选取方法探讨
2.3.3 含几何参数误差的机器人逆解研究
2.3.4 逆解方法可行性验证
2.4 本章小结
第三章 机器人非运动学标定方法研究
3.1 机器人非几何参数误差研究
3.1.1 非几何参数误差影响分析
3.1.2 柔性误差建模对象分析
3.1.3 线性柔度误差模型构建
3.2 机器人刚柔耦合位姿误差模型研究
3.2.1 刚柔耦合位姿误差模型准确性验证
3.2.2 基于参数误差分类的冗余消除法
3.2.3 几何误差与柔性误差的耦合影响
3.2.4 位姿误差模型的建模方法分析
3.3 全位姿测量优化方法研究
3.3.1 全位姿测量工具与数据获取
3.3.2 测量点智能寻优选取策略
3.3.3 最佳测量位姿数选定方法
3.3.4 智能选取策略的仿真验证
3.4 本章小结
第四章 多模式标定技术与快速补偿方法研究
4.1 基于模型的精度提高方法研究
4.1.1 多模式标定及模型优化方法研究
4.1.2 机器人笛卡尔空间摄动补偿方法
4.2 轨迹误差补偿技术研究
4.2.1 轨迹误差补偿问题探讨
4.2.2 多目标优化方法研究
4.2.3 轨迹修正方法的仿真验证
4.3 机器人多模式标定与补偿系统开发
4.3.1 开发与运行环境
4.3.2 软件功能及系统结构设计
4.3.3 多模式标定与离线优化系统实现
4.4 本章小结
第五章 非模型法的精度综合提高方法研究
5.1 姿态变化下的定点补偿研究
5.1.1 位置与误差的相关性分析
5.1.2 定点误差分析与建模
5.2 空间插值补偿方法研究
5.2.1 空间IDSW插值补偿法
5.2.2 插值补偿法的仿真实验
5.3 GA-DNN非线性误差补偿方法研究
5.3.1 非线性回归预测方法分析
5.3.2 DNN模型构建与优化
5.4 非线性柔性误差补偿方法研究
5.4.1 关节非线性变形分析
5.4.2 基于线性分段法的柔度误差模型
5.5 本章小结
第六章 机器人标定与误差补偿实验研究
6.1 机器人标定和补偿实验平台
6.1.1 实验平台及设备简介
6.1.2 测量系统参考坐标系构建
6.1.3 法兰坐标系与工具坐标系
6.2 机器人多模式标定与综合补偿实验
6.2.1 非运动学标定与误差补偿实验研究
6.2.2 定位误差补偿与轨迹修正实验验证
6.2.3 运动学标定优化与精度综合提高实验
6.3 机器人性能测量评定
6.3.1 位姿准确度和重复性检测
6.3.2 距离准确度和重复性检测
6.3.3 轨迹准确度和重复性检测
6.4 本章小结
主要结论与展望
主要结论
展望
创新点
致谢
参考文献
附录一 :作者在攻读博士学位期间发表的论文
附录二 :实验数据
【参考文献】：
期刊论文
[1]一种新型机器人自标定装置及其算法[J]. 谷乐丰,杨桂林,方灶军,王仁成,郑天江. 机器人. 2020(01)
[2]基于双模糊滑模控制的机器人运动轨迹跟踪误差仿真[J]. 宋强,龚弘,赵家峤,姚素刚,公茂法. 中国工程机械学报. 2017(05)
[3]基于单目视觉的GPS辅助相机外参数标定[J]. 吴修振,刘刚,于凤全,张源原. 光学精密工程. 2017(08)
[4]六自由度工业机器人运动学标定方法[J]. 杨小磊,丛明,刘冬,白云飞. 华中科技大学学报(自然科学版). 2015(S1)
[5]工业机器人参数辨识及误差补偿方法研究[J]. 齐飞,平雪良,刘洁,蒋毅. 机械传动. 2015(09)
[6]旋量理论与CPA技术结合的机器人位置误差标定方法[J]. 张秀珩,柳洪义,罗忠,王菲. 机械设计与制造. 2015(09)
[7]Determination of optimal samples for robot calibration based on error similarity[J]. Tian Wei,Mei Dongqi,Li Pengcheng,Zeng Yuanfan,Hong Peng,Zhou Wei. Chinese Journal of Aeronautics. 2015(03)
[8]空间网格化的机器人变参数精度补偿技术[J]. 洪鹏,田威,梅东棋,曾远帆. 机器人. 2015(03)
[9]基于MDH模型的工业机器人标定算法与实验研究[J]. 戚祯祥,叶超强,吴建华,熊振华. 制造业自动化. 2015(04)
[10]面向飞机自动化装配的工业机器人标定技术[J]. 梅东棋,田威,廖文和. 航空精密制造技术. 2015(01)
博士论文
[1]基于公垂线模型的串联机构运动学标定方法研究[D]. 乔昱.华中科技大学 2017
[2]多自由度串联机器人关节摩擦分析与低速高精度运动控制[D]. 吴文祥.浙江大学 2013
[3]飞机自动化装配工业机器人精度补偿方法与实验研究[D]. 周炜.南京航空航天大学 2012
[4]基于指数积公式的串联机构运动学标定方法研究[D]. 何锐波.华中科技大学 2010
[5]面向测量的多关节运动机构误差模型及标定技术研究[D]. 王一.天津大学 2009
[6]机器人位姿误差的分析与综合[D]. 焦国太.北京工业大学 2002
硕士论文
[1]工业机器人运动学标定及刚度辨识的研究[D]. 戴孝亮.华南理工大学 2013
[2]面向飞机装配的机器人运动轨迹和姿态离线规划与在线调整方法研究[D]. 周卫雪.南京航空航天大学 2012
[3]工业机器人运动学标定与误差补偿研究[D]. 奚陶.华中科技大学 2012
本文编号：3160159
【文章来源】：江南大学江苏省 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：138 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第一章 绪论
1.1 研究背景
1.2 机器人标定与补偿技术研究现状
1.2.1 测量设备与测量方法
1.2.2 机器人运动学标定
1.2.3 机器人非运动学标定
1.2.4 机器人误差补偿技术
1.3 机器人标定与补偿技术存在的不足
1.4 研究意义与主要研究内容
第二章 串联机器人运动学理论研究
2.1 机器人正运动学分析
2.1.1 位姿描述及坐标变换
2.1.2 欧拉角与方向余弦矩阵
2.1.3 机器人运动学模型
2.2 机器人运动学参数误差研究
2.2.1 微分运动原理分析
2.2.2 运动学位姿误差模型构建
2.3 机器人逆运动学分析
2.3.1 机器人的运动雅可比
2.3.2 解析解优化选取方法探讨
2.3.3 含几何参数误差的机器人逆解研究
2.3.4 逆解方法可行性验证
2.4 本章小结
第三章 机器人非运动学标定方法研究
3.1 机器人非几何参数误差研究
3.1.1 非几何参数误差影响分析
3.1.2 柔性误差建模对象分析
3.1.3 线性柔度误差模型构建
3.2 机器人刚柔耦合位姿误差模型研究
3.2.1 刚柔耦合位姿误差模型准确性验证
3.2.2 基于参数误差分类的冗余消除法
3.2.3 几何误差与柔性误差的耦合影响
3.2.4 位姿误差模型的建模方法分析
3.3 全位姿测量优化方法研究
3.3.1 全位姿测量工具与数据获取
3.3.2 测量点智能寻优选取策略
3.3.3 最佳测量位姿数选定方法
3.3.4 智能选取策略的仿真验证
3.4 本章小结
第四章 多模式标定技术与快速补偿方法研究
4.1 基于模型的精度提高方法研究
4.1.1 多模式标定及模型优化方法研究
4.1.2 机器人笛卡尔空间摄动补偿方法
4.2 轨迹误差补偿技术研究
4.2.1 轨迹误差补偿问题探讨
4.2.2 多目标优化方法研究
4.2.3 轨迹修正方法的仿真验证
4.3 机器人多模式标定与补偿系统开发
4.3.1 开发与运行环境
4.3.2 软件功能及系统结构设计
4.3.3 多模式标定与离线优化系统实现
4.4 本章小结
第五章 非模型法的精度综合提高方法研究
5.1 姿态变化下的定点补偿研究
5.1.1 位置与误差的相关性分析
5.1.2 定点误差分析与建模
5.2 空间插值补偿方法研究
5.2.1 空间IDSW插值补偿法
5.2.2 插值补偿法的仿真实验
5.3 GA-DNN非线性误差补偿方法研究
5.3.1 非线性回归预测方法分析
5.3.2 DNN模型构建与优化
5.4 非线性柔性误差补偿方法研究
5.4.1 关节非线性变形分析
5.4.2 基于线性分段法的柔度误差模型
5.5 本章小结
第六章 机器人标定与误差补偿实验研究
6.1 机器人标定和补偿实验平台
6.1.1 实验平台及设备简介
6.1.2 测量系统参考坐标系构建
6.1.3 法兰坐标系与工具坐标系
6.2 机器人多模式标定与综合补偿实验
6.2.1 非运动学标定与误差补偿实验研究
6.2.2 定位误差补偿与轨迹修正实验验证
6.2.3 运动学标定优化与精度综合提高实验
6.3 机器人性能测量评定
6.3.1 位姿准确度和重复性检测
6.3.2 距离准确度和重复性检测
6.3.3 轨迹准确度和重复性检测
6.4 本章小结
主要结论与展望
主要结论
展望
创新点
致谢
参考文献
附录一 :作者在攻读博士学位期间发表的论文
附录二 :实验数据
【参考文献】：
期刊论文
[1]一种新型机器人自标定装置及其算法[J]. 谷乐丰,杨桂林,方灶军,王仁成,郑天江. 机器人. 2020(01)
[2]基于双模糊滑模控制的机器人运动轨迹跟踪误差仿真[J]. 宋强,龚弘,赵家峤,姚素刚,公茂法. 中国工程机械学报. 2017(05)
[3]基于单目视觉的GPS辅助相机外参数标定[J]. 吴修振,刘刚,于凤全,张源原. 光学精密工程. 2017(08)
[4]六自由度工业机器人运动学标定方法[J]. 杨小磊,丛明,刘冬,白云飞. 华中科技大学学报(自然科学版). 2015(S1)
[5]工业机器人参数辨识及误差补偿方法研究[J]. 齐飞,平雪良,刘洁,蒋毅. 机械传动. 2015(09)
[6]旋量理论与CPA技术结合的机器人位置误差标定方法[J]. 张秀珩,柳洪义,罗忠,王菲. 机械设计与制造. 2015(09)
[7]Determination of optimal samples for robot calibration based on error similarity[J]. Tian Wei,Mei Dongqi,Li Pengcheng,Zeng Yuanfan,Hong Peng,Zhou Wei. Chinese Journal of Aeronautics. 2015(03)
[8]空间网格化的机器人变参数精度补偿技术[J]. 洪鹏,田威,梅东棋,曾远帆. 机器人. 2015(03)
[9]基于MDH模型的工业机器人标定算法与实验研究[J]. 戚祯祥,叶超强,吴建华,熊振华. 制造业自动化. 2015(04)
[10]面向飞机自动化装配的工业机器人标定技术[J]. 梅东棋,田威,廖文和. 航空精密制造技术. 2015(01)
博士论文
[1]基于公垂线模型的串联机构运动学标定方法研究[D]. 乔昱.华中科技大学 2017
[2]多自由度串联机器人关节摩擦分析与低速高精度运动控制[D]. 吴文祥.浙江大学 2013
[3]飞机自动化装配工业机器人精度补偿方法与实验研究[D]. 周炜.南京航空航天大学 2012
[4]基于指数积公式的串联机构运动学标定方法研究[D]. 何锐波.华中科技大学 2010
[5]面向测量的多关节运动机构误差模型及标定技术研究[D]. 王一.天津大学 2009
[6]机器人位姿误差的分析与综合[D]. 焦国太.北京工业大学 2002
硕士论文
[1]工业机器人运动学标定及刚度辨识的研究[D]. 戴孝亮.华南理工大学 2013
[2]面向飞机装配的机器人运动轨迹和姿态离线规划与在线调整方法研究[D]. 周卫雪.南京航空航天大学 2012
[3]工业机器人运动学标定与误差补偿研究[D]. 奚陶.华中科技大学 2012
本文编号：3160159
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