機器人柔性制造系統(tǒng)的在線測量與控制補償技術(shù).pdf

1、重大裝備是國民經(jīng)濟發(fā)展的支柱，它集中代表了制造業(yè)的水平和能力。由于重大裝置存在體積龐大、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、精度要求高、現(xiàn)場制造裝配調(diào)整量大等難題，有很多的基礎(chǔ)科學(xué)問題、關(guān)鍵應(yīng)用技術(shù)和工程實踐需要攻克，其中制造過程中的測量與控制問題是提高裝備制造水平的關(guān)鍵內(nèi)容。本文以大型球面復(fù)雜孔系制造為對象，對機器人柔性制造中在線測量與控制補償?shù)汝P(guān)鍵技術(shù)進行了研究，在現(xiàn)有制造技術(shù)的基礎(chǔ)上，提高大型制造設(shè)備的自動化加工水平、測量和控制的系統(tǒng)精度。在方案中引入組合

2、式動態(tài)測量系統(tǒng)，通過系統(tǒng)標(biāo)定、環(huán)境影響因素模型構(gòu)造、動態(tài)誤差補償、反饋控制策略優(yōu)化選擇等技術(shù)，提高了機器人實時定位和加工精度。
　　構(gòu)建了由組合式動態(tài)測量平臺、機器人運動控制模塊、數(shù)據(jù)集成和融合模塊組成的機器人測量控制系統(tǒng)。根據(jù)大型裝備制造中被加工對象的精度需求，以及機器人運動路徑的復(fù)雜性，構(gòu)建了由4臺紅外相機組成的視覺系統(tǒng)并設(shè)計了三維球形靶標(biāo)，保證了機器人在加工區(qū)域內(nèi)任意位置可見；引入了慣性測量儀，提高機器人末端執(zhí)行機構(gòu)指向的測

3、量精度。兩者構(gòu)成組合式測量平臺，用于機器人末端位姿動態(tài)捕捉和分析，可改善單一視覺系統(tǒng)角度測量精度，避免了激光跟蹤儀等傳統(tǒng)大尺寸測量設(shè)備動態(tài)跟蹤難的問題。
　　針對運動學(xué)參數(shù)標(biāo)定模型進行研究，并在此基礎(chǔ)上提出了兩步法標(biāo)定的改進方法?？蓪崿F(xiàn)測量系統(tǒng)和控制系統(tǒng)坐標(biāo)系統(tǒng)一、機器人運動學(xué)參數(shù)標(biāo)定，提高了標(biāo)定后機器人末端位姿補償精度。分析了機器人運動學(xué)參數(shù)標(biāo)定不確定度，同時研究了機器人在整個運動空間內(nèi)的定位誤差分布，對于全空間范圍內(nèi)的定位和加

4、工精度的評價、提高有極大的幫助。此外，通過實驗對比分析了不同標(biāo)定方法的精度和適用性。
　　分析了關(guān)節(jié)角度誤差、溫度和負載對機器人末端定位的影響，構(gòu)建了運動學(xué)參數(shù)誤差模型。針對上面各影響因素開展具體的理論及分析工作。研究了機器人角度誤差產(chǎn)生的原因，通過實驗分析確定各誤差成分的影響因子。研究了外部環(huán)境溫度變化、機器人摩擦和電機轉(zhuǎn)動發(fā)熱產(chǎn)生的機器人熱變形模型，設(shè)計了適用于現(xiàn)場應(yīng)用的溫度補償方法。建立了負載誤差模型并提出了補償方法。