6R工业机器人终端时空误差耦合分析与优化研究

发布时间：2017-10-02 15:43

  本文关键词：6R工业机器人终端时空误差耦合分析与优化研究

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【摘要】：工业机器人终端的位置精度是评价其性能优劣的重要参数。在多误差因素耦合作用下,使得机器人终端很难保持较高的位置精度。因此开展机器人终端的位置误差耦合分析,探讨各种误差源相互耦合作用下,对工业机器人终端位置精度的影响规律。根据影响规律针对性去优化机器人终端位置误差,对提高我国国产工业机器人的定位精度具有指导作用。本课题来源于国家自然科学基金资助项目(项目编号:51375519)。本文研究内容如下:1、工业机器人终端耦合误差具有时间尺度上误差因素与空间尺度误差因素相互耦合特性。为了研究终端误差耦合特性,以HSR-JR612工业机器人为例,根据时间尺度上误差与空间尺度误差的不同特性进行误差分离。针对空间尺度上具有随机性的误差,通过蒙特卡洛法进行了预估。对于时间尺度上的动态误差,主要分析了在终端不同荷载作用下的变化规律。基于误差流理论与D-H法建立机器人终端误差的动态时空耦合模型。2、利用MATLAB软件对工业机器人作业过程中的动态时空误差耦合作用进行了仿真研究,得到机器人各种误差耦元对其终端位置精度的影响规律。通过试验优化层次分析理论建立时空误差耦合耦元贡献度评价模型,定量地分析计算动态时空误差耦合之耦元的贡献度。通过实例计算分析,得到影响机器人终端时空误差的各个误差耦元的贡献度,为机器人终端误差优化与补偿提供了科学的依据。3、在对工业机器人终端误差耦合耦元贡献度计算的基础上,采用智能算法来优化对机器人影响较大的关节柔性误差,提高其精度性能。基于萤火虫算法提出时变萤火虫群优化算法(TVGSO),TVGSO根据萤火虫与领域内所有个体间的最小距离改变而时变步长,时变步长原理基于黄金比分割法,使算法的动态适应性增强。引入Boltzmann选择机制,实时动态调整移动方向与位置,降低求解中的选择压力。通过对4个测试函数仿真实验证明:TVGSO简单有效、稳定性好、求解精度高。利用时变萤火虫算法对机器人关节柔性变量造成的误差进行优化,优化结果表明,工业机器人终端位置精度和能耗均有所改善。4、以HSR-JR612工业机器人作为样机进行位置精度测量实验。利用Dynalog研究的CompuGauge机器人性能测试设备作为实验工具,测量出优化前后10组目标位置并计算出位置误差;通过对理论数值计算结果与物理试验所测试数据进行对比分析得出实验结论,验证误差耦合分析的正确性与优化研究的可行性。
【关键词】：机器人 蒙特卡洛法 误差耦合 可拓层次分析法 时变萤火虫算法
【学位授予单位】：重庆交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TP242.2
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第一章 绪论9-16
• 1.1 项目来源9
• 1.2 研究背景及意义9-10
• 1.3 工业机器人位置误差分析与补偿研究现状10-14
• 1.3.1 工业机器人位置误差分析国内外研究现状11-12
• 1.3.2 工业机器人误差补偿技术及应用的国内外研究现状12-14
• 1.4 主要研究内容14-15
• 1.5 本章小结15-16
• 第二章 6R工业机器人运动学分析16-25
• 2.1 6R工业机器人的正运动学分析16-19
• 2.2 6R工业机器人的逆运动学分析19-22
• 2.3 基于ROBCAD的实际搬运任务的轨迹规划22-24
• 2.4 本章小结24-25
• 第三章 工业机器人终端时空误差耦合分析25-45
• 3.1 基于蒙特卡洛法的空间尺度上的误差因素分析25-30
• 3.1.1 蒙特卡洛法简介25-26
• 3.1.2 基于蒙特卡洛法的机器人连杆长度误差分析26-27
• 3.1.3 基于蒙特卡洛法的机器人关节转角随机误差分析27-28
• 3.1.4 空间尺度上的误差预估28-30
• 3.2 时间尺度上的误差因素分析30-33
• 3.3 工业机器人终端位姿的时空误差耦合模型33-34
• 3.4 工业机器人终端位姿时空误差耦合仿真分析34-39
• 3.5 工业机器人终端时空误差耦合的耦元贡献度计算39-44
• 3.5.1 试验优化层次分析法40
• 3.5.2 工业机器人终端时空误差耦合的耦元贡献度计算40-44
• 3.6 本章小结44-45
• 第四章 工业机器人终端位置误差优化研究45-57
• 4.1 时变萤火虫优化算法45-48
• 4.1.1 基本萤火虫优化算法及其缺陷45-46
• 4.1.2 时变步长策略46-47
• 4.1.3 萤火虫移动选择机制47
• 4.1.4 时变萤火虫算法描述47-48
• 4.2 工业机器人逆解问题研究48-49
• 4.2.1 工业机器人逆解问题描述48-49
• 4.2.2 工业机器人逆解的多目标优化模型49
• 4.3 算法性能分析49-54
• 4.4 基于时变萤火虫算法的机器人终端位置误差优化研究54-55
• 4.5 本章小结55-57
• 第五章 试验验证57-61
• 5.1 实验目的58
• 5.2 工业机器人位置准确度测试方法与步骤58-59
• 5.3 数据分析与结论59-60
• 5.4 本章小结60-61
• 第六章 总结与展望61-63
• 6.1 全文总结61
• 6.2 工作展望61-63
• 致谢63-64
• 参考文献64-68
• 攻读学位期间取得的研究成果68

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3 罗t，

本文编号：960450