六自由度關(guān)節(jié)型機(jī)器人參數(shù)標(biāo)定方法與實(shí)驗(yàn)研究.pdf

1、隨著生產(chǎn)力的提高和科學(xué)技術(shù)的迅速發(fā)展，制造業(yè)對六自由度關(guān)節(jié)型工業(yè)機(jī)器人自動化柔性生產(chǎn)的性能要求越來越高，研發(fā)和建立具有自主知識產(chǎn)權(quán)的工業(yè)機(jī)器人關(guān)鍵參數(shù)標(biāo)定與實(shí)驗(yàn)方法，已成為國內(nèi)主要行業(yè)對制造裝備的基本需求。
　　本文以六自由度關(guān)節(jié)型機(jī)器人對研究對象，以提升其靜態(tài)位姿精度性能為目標(biāo)，系統(tǒng)的對機(jī)器人參數(shù)標(biāo)定方法和實(shí)驗(yàn)原理進(jìn)行了研究。從機(jī)器人位姿精度的評估與測量方法出發(fā)，根據(jù)對機(jī)器人末端執(zhí)行器位姿誤差來源的分析，分別建立機(jī)器人運(yùn)動學(xué)誤差

2、模型和剛度模型，并對機(jī)器人幾何參數(shù)和非幾何參數(shù)對位姿精度的影響進(jìn)行建模和仿真。同時(shí)，基于參數(shù)優(yōu)化求解方法，搭建機(jī)器人關(guān)鍵參數(shù)誤差辨識的實(shí)驗(yàn)平臺，對機(jī)器人末端執(zhí)行器位姿誤差進(jìn)行補(bǔ)償。根據(jù)企業(yè)需求并以機(jī)器人標(biāo)定的實(shí)驗(yàn)原理為基礎(chǔ)，搭建工業(yè)機(jī)器人性能檢測的實(shí)驗(yàn)平臺，為自主研發(fā)六自由度關(guān)節(jié)型機(jī)器人的性能檢測提供有效的測量和評估手段。主要內(nèi)容如下：
　　首先，根據(jù)工業(yè)機(jī)器人標(biāo)定方法和原理，對六自由度關(guān)節(jié)型機(jī)器人靜態(tài)位姿精度的評估和測量方法進(jìn)行

3、描述與分析。針對國際標(biāo)準(zhǔn)ISO9283中對位姿精度的檢測規(guī)范和要求，采用激光跟蹤測量系統(tǒng)搭建位姿精度檢測實(shí)驗(yàn)平臺。同時(shí)，設(shè)計(jì)了一款用于位姿精度柔性測量的末端執(zhí)行器，補(bǔ)充了標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)提供的檢測手段，并通過蒙特卡羅方法對其測量精度進(jìn)行了誤差的數(shù)值分析與仿真。
　　針對六自由度關(guān)節(jié)型機(jī)器人運(yùn)動學(xué)特性，分別建立了機(jī)器人修正D-H參數(shù)（MD-H）和指數(shù)積（POE）運(yùn)動學(xué)誤差模型。以企業(yè)自主研發(fā)15kg噴涂機(jī)器人為測量對象，采用激光跟蹤測量系統(tǒng)對

4、機(jī)器人幾何參數(shù)標(biāo)定實(shí)驗(yàn)平臺進(jìn)行搭建。通過迭代最小二乘優(yōu)化求解方法對幾何參數(shù)誤差進(jìn)行辨識與補(bǔ)償，并對機(jī)器人標(biāo)定前后位姿性能進(jìn)行分析與評估。
　　針對六自由度關(guān)節(jié)型機(jī)器人柔順特性，對機(jī)器人剛度模型進(jìn)行分析，并以剛體運(yùn)動學(xué)和基于關(guān)節(jié)柔性旋轉(zhuǎn)變形假設(shè)的剛度模型為基礎(chǔ)，提出了基于關(guān)節(jié)六維柔性變形假設(shè)的機(jī)器人剛度模型。以KUKA KR16L機(jī)器人為研究對象，搭建柔性旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)剛度辨識實(shí)驗(yàn)平臺。采用蒙特卡羅方法對機(jī)器人幾何參數(shù)誤差進(jìn)行數(shù)值仿真，評

5、估其對關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)剛度辨識的影響。通過對位置精度進(jìn)行補(bǔ)償與測量對關(guān)節(jié)剛度辨識結(jié)果進(jìn)行校核與評估。同時(shí)，以處于維護(hù)狀態(tài)下15kg噴涂機(jī)器人為研究對象，搭建六維關(guān)節(jié)剛度辨識實(shí)驗(yàn)平臺，采用迭代加權(quán)最小二乘優(yōu)化求解方法對其進(jìn)行辨識。通過位姿精度補(bǔ)償和測量與對關(guān)節(jié)剛度機(jī)械補(bǔ)償前后末端執(zhí)行器振動特性的評估對六維關(guān)節(jié)剛度進(jìn)行校核。
　　針對自主研發(fā)15kg噴涂機(jī)器人輕質(zhì)化制造的特點(diǎn)，利用夾具原理對其連桿剛度進(jìn)行辨識與評估。建立連桿-夾具系統(tǒng)剛度與連

6、桿剛度之間耦合關(guān)系的數(shù)學(xué)模型并通過激光跟蹤測量系統(tǒng)和加載系統(tǒng)搭建辨識實(shí)驗(yàn)平臺。采用非線性最小二乘優(yōu)化求解方法對15kg噴涂機(jī)器人腕部第4，5和6連桿的剛度矩陣進(jìn)行辨識。同時(shí)，根據(jù)機(jī)器人運(yùn)動學(xué)原理，建立連桿剛度對機(jī)器人末端執(zhí)行器柔順性能影響的評估方法。采用蒙特卡羅方法和枚舉法對連桿剛度影響因子在機(jī)器人工作空間內(nèi)的分布特性進(jìn)行分析，并針對指定離線編程噴涂軌跡設(shè)計(jì)的合理性進(jìn)行了數(shù)值仿真與評估。
　　最后，根據(jù)企業(yè)對工業(yè)機(jī)器人性能檢測和評