工业机器人定位误差分级补偿与精度维护方法研究
发布时间：2021-03-12 21:06
面向多品种、小批量定制化生产的智能柔性制造系统已成为现代制造技术发展趋势之一,作为一种典型的多关节柔性运动平台,工业机器人将在现代制造向先进智能制造的转型升级过程中扮演“催化剂”的角色。由于本体结构及使用环境限制,工业机器人绝对定位精度低、长期稳定性差,尚无法直接适应新型产业环境下各行业的新应用、新需求。现有的机器人误差补偿技术研究依然停留在寻找更完备的运动学模型或更高效的误差估值算法的层次,未能将误差补偿方法与关节机器人运动特性紧密结合,形成系统有效的误差补偿与精度维护机制,真正提升现场环境下工业机器人运动精度及自主性能。本文针对制造现场环境下工业机器人定位误差补偿与精度维护问题,研究一种可行可靠、创新的分级补偿与在线自维护方法。论文在探究机器人位姿误差分布规律及误差源作用机理的基础上,从关节误差建模、几何误差建模、构建关节空间高精度网格阵列等多个层面开展分级补偿方法研究,将机器人绝对定位精度提升至重复定位精度水平,并详细阐明了各层次补偿方法的基本原理、主要问题和关键技术,完成了实验验证与现场应用工作。论文主要研究内容归纳如下:1、基于重复定位精度和绝对定位精度两大评估指标,分析了机...
【文章来源】：天津大学天津市 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：133 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
1.1 研究背景及问题描述
1.2 高精度机器人控制的需求与应用
1.3 工业机器人误差补偿研究现状
1.3.1 运动学模型标定
1.3.2 非模型标定
1.3.3 自标定
1.4 课题来源及研究内容
第二章 位姿描述与位姿误差分析
2.1 位姿描述方法
2.1.1 作业空间及关节空间
2.1.2 机器人运动学模型
2.2 位姿精度评估与误差分析
2.2.1 位姿重复性与位姿准确度
2.2.2 位姿误差分析与误差归类
2.2.3 多级分层误差补偿
2.3 误差测量分析实验
2.3.1 关节误差测量实验
2.3.2 位姿误差测量实验
2.4 本章小结
第三章 关节误差分类补偿
3.1 串联机构柔性误差分析
3.1.1 误差建模
3.1.2 误差仿真
3.2 平行四杆机构误差分析
3.2.1 传动误差分析
3.2.2 柔性误差分析
3.2.3 误差标定
3.3 腕部关节误差分析
3.4 本章小结
第四章 几何误差建模与标定
4.1 运动学误差模型
4.2 基于绝对位置精度的几何误差标定
4.2.1 几何误差标定模型
4.2.2 参数冗余性分析
4.3 最优标定姿态选择策略
4.3.1 可观测性指数
4.3.2 最优标定姿态选择策略
4.4 基于固定点约束的几何误差自标定
4.4.1 手眼关系标定
4.4.2 自标定模型
4.4.3 机器人温度补偿方法
4.5 自标定实验
4.6 本章小结
第五章 基于关节空间网格分割的非几何误差标定
5.1 关节空间网格分割原理
5.1.1 机器人非模型误差标定
5.1.2 关节空间误差分析
5.1.3 关节空间网格分割
5.2 关节空间网格插值补偿方法
5.2.1 误差插值方法
5.2.2 最优步长选择方法
5.3 IRB2400机器人多级分层误差补偿实验
5.4 本章小结
第六章 机器人定位误差补偿应用
6.1 高精度离线轨迹规划
6.1.1 误差离线补偿方法
6.1.2 离线轨迹规划
6.2 汽车钣金件柔性自动化测量
6.2.1 测量平台搭建
6.2.2 汽车车门形貌测量
6.3 本章小结
第七章 全文总结与展望
7.1 全文总结
7.2 论文创新点
7.3 工作展望
参考文献
发表论文和参加科研情况说明
致谢
【参考文献】：
期刊论文
[1]智能制造装备的发展现状与趋势[J]. 傅建中. 机电工程. 2014(08)
[2]以创新抢占“工业4.0”时代发展制高点[J]. 王巍. 现代商贸工业. 2014(03)
[3]工业机器人自动钻孔及锪窝一体化加工[J]. 董辉跃,曹国顺,曲巍崴,柯映林. 浙江大学学报(工学版). 2013(02)
[4]基于空间插值的工业机器人精度补偿方法理论与试验[J]. 周炜,廖文和,田威. 机械工程学报. 2013(03)
[5]机器人辅助飞机装配制孔中位姿精度补偿技术[J]. 曲巍崴,董辉跃,柯映林. 航空学报. 2011(10)
[6]机器人柔性视觉检测系统现场标定技术[J]. 任永杰,邾继贵,杨学友,叶声华. 机器人. 2009(01)
[7]基于距离精度的测量机器人标定模型及算法[J]. 任永杰,邾继贵,杨学友,叶声华. 计量学报. 2008(03)
[8]机器人运动学标定综述[J]. 王东署,迟健男. 计算机应用研究. 2007(09)
[9]利用激光跟踪仪对机器人进行标定的方法[J]. 任永杰,邾继贵,杨学友,叶声华. 机械工程学报. 2007(09)
[10]基于运动学标定的空间机器人位姿精度的研究[J]. 刘宇,梁斌,强文义,李成. 机械设计. 2007(04)
博士论文
[1]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
[2]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
[3]测量机器人本体标定技术研究[D]. 任永杰.天津大学 2007
[4]工业机器人标定技术研究[D]. 王东署.东北大学 2006
[5]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]基于GIS的地层产状空间插值方法研究[D]. 程明华.中国地质大学（北京） 2010
本文编号：3078981
【文章来源】：天津大学天津市 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：133 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
1.1 研究背景及问题描述
1.2 高精度机器人控制的需求与应用
1.3 工业机器人误差补偿研究现状
1.3.1 运动学模型标定
1.3.2 非模型标定
1.3.3 自标定
1.4 课题来源及研究内容
第二章 位姿描述与位姿误差分析
2.1 位姿描述方法
2.1.1 作业空间及关节空间
2.1.2 机器人运动学模型
2.2 位姿精度评估与误差分析
2.2.1 位姿重复性与位姿准确度
2.2.2 位姿误差分析与误差归类
2.2.3 多级分层误差补偿
2.3 误差测量分析实验
2.3.1 关节误差测量实验
2.3.2 位姿误差测量实验
2.4 本章小结
第三章 关节误差分类补偿
3.1 串联机构柔性误差分析
3.1.1 误差建模
3.1.2 误差仿真
3.2 平行四杆机构误差分析
3.2.1 传动误差分析
3.2.2 柔性误差分析
3.2.3 误差标定
3.3 腕部关节误差分析
3.4 本章小结
第四章 几何误差建模与标定
4.1 运动学误差模型
4.2 基于绝对位置精度的几何误差标定
4.2.1 几何误差标定模型
4.2.2 参数冗余性分析
4.3 最优标定姿态选择策略
4.3.1 可观测性指数
4.3.2 最优标定姿态选择策略
4.4 基于固定点约束的几何误差自标定
4.4.1 手眼关系标定
4.4.2 自标定模型
4.4.3 机器人温度补偿方法
4.5 自标定实验
4.6 本章小结
第五章 基于关节空间网格分割的非几何误差标定
5.1 关节空间网格分割原理
5.1.1 机器人非模型误差标定
5.1.2 关节空间误差分析
5.1.3 关节空间网格分割
5.2 关节空间网格插值补偿方法
5.2.1 误差插值方法
5.2.2 最优步长选择方法
5.3 IRB2400机器人多级分层误差补偿实验
5.4 本章小结
第六章 机器人定位误差补偿应用
6.1 高精度离线轨迹规划
6.1.1 误差离线补偿方法
6.1.2 离线轨迹规划
6.2 汽车钣金件柔性自动化测量
6.2.1 测量平台搭建
6.2.2 汽车车门形貌测量
6.3 本章小结
第七章 全文总结与展望
7.1 全文总结
7.2 论文创新点
7.3 工作展望
参考文献
发表论文和参加科研情况说明
致谢
【参考文献】：
期刊论文
[1]智能制造装备的发展现状与趋势[J]. 傅建中. 机电工程. 2014(08)
[2]以创新抢占“工业4.0”时代发展制高点[J]. 王巍. 现代商贸工业. 2014(03)
[3]工业机器人自动钻孔及锪窝一体化加工[J]. 董辉跃,曹国顺,曲巍崴,柯映林. 浙江大学学报(工学版). 2013(02)
[4]基于空间插值的工业机器人精度补偿方法理论与试验[J]. 周炜,廖文和,田威. 机械工程学报. 2013(03)
[5]机器人辅助飞机装配制孔中位姿精度补偿技术[J]. 曲巍崴,董辉跃,柯映林. 航空学报. 2011(10)
[6]机器人柔性视觉检测系统现场标定技术[J]. 任永杰,邾继贵,杨学友,叶声华. 机器人. 2009(01)
[7]基于距离精度的测量机器人标定模型及算法[J]. 任永杰,邾继贵,杨学友,叶声华. 计量学报. 2008(03)
[8]机器人运动学标定综述[J]. 王东署,迟健男. 计算机应用研究. 2007(09)
[9]利用激光跟踪仪对机器人进行标定的方法[J]. 任永杰,邾继贵,杨学友,叶声华. 机械工程学报. 2007(09)
[10]基于运动学标定的空间机器人位姿精度的研究[J]. 刘宇,梁斌,强文义,李成. 机械设计. 2007(04)
博士论文
[1]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
[2]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
[3]测量机器人本体标定技术研究[D]. 任永杰.天津大学 2007
[4]工业机器人标定技术研究[D]. 王东署.东北大学 2006
[5]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]基于GIS的地层产状空间插值方法研究[D]. 程明华.中国地质大学（北京） 2010
本文编号：3078981
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