六自由度關節(jié)型機器人參數(shù)標定方法與實驗研究.pdf

1、隨著生產(chǎn)力的提高和科學技術的迅速發(fā)展，制造業(yè)對六自由度關節(jié)型工業(yè)機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)權的工業(yè)機器人關鍵參數(shù)標定與實驗方法，已成為國內(nèi)主要行業(yè)對制造裝備的基本需求。
　　本文以六自由度關節(jié)型機器人對研究對象，以提升其靜態(tài)位姿精度性能為目標，系統(tǒng)的對機器人參數(shù)標定方法和實驗原理進行了研究。從機器人位姿精度的評估與測量方法出發(fā)，根據(jù)對機器人末端執(zhí)行器位姿誤差來源的分析，分別建立機器人運動學誤差

2、模型和剛度模型，并對機器人幾何參數(shù)和非幾何參數(shù)對位姿精度的影響進行建模和仿真。同時，基于參數(shù)優(yōu)化求解方法，搭建機器人關鍵參數(shù)誤差辨識的實驗平臺，對機器人末端執(zhí)行器位姿誤差進行補償。根據(jù)企業(yè)需求并以機器人標定的實驗原理為基礎，搭建工業(yè)機器人性能檢測的實驗平臺，為自主研發(fā)六自由度關節(jié)型機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)機器人標定方法和原理，對六自由度關節(jié)型機器人靜態(tài)位姿精度的評估和測量方法進行

3、描述與分析。針對國際標準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驗平臺。同時，設計了一款用于位姿精度柔性測量的末端執(zhí)行器，補充了標準內(nèi)提供的檢測手段，并通過蒙特卡羅方法對其測量精度進行了誤差的數(shù)值分析與仿真。
　　針對六自由度關節(jié)型機器人運動學特性，分別建立了機器人修正D-H參數(shù)（MD-H）和指數(shù)積（POE）運動學誤差模型。以企業(yè)自主研發(fā)15kg噴涂機器人為測量對象，采用激光跟蹤測量系統(tǒng)對

4、機器人幾何參數(shù)標定實驗平臺進行搭建。通過迭代最小二乘優(yōu)化求解方法對幾何參數(shù)誤差進行辨識與補償，并對機器人標定前后位姿性能進行分析與評估。
　　針對六自由度關節(jié)型機器人柔順特性，對機器人剛度模型進行分析，并以剛體運動學和基于關節(jié)柔性旋轉變形假設的剛度模型為基礎，提出了基于關節(jié)六維柔性變形假設的機器人剛度模型。以KUKA KR16L機器人為研究對象，搭建柔性旋轉關節(jié)剛度辨識實驗平臺。采用蒙特卡羅方法對機器人幾何參數(shù)誤差進行數(shù)值仿真，評

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

6、桿剛度之間耦合關系的數(shù)學模型并通過激光跟蹤測量系統(tǒng)和加載系統(tǒng)搭建辨識實驗平臺。采用非線性最小二乘優(yōu)化求解方法對15kg噴涂機器人腕部第4，5和6連桿的剛度矩陣進行辨識。同時，根據(jù)機器人運動學原理，建立連桿剛度對機器人末端執(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器人工作空間內(nèi)的分布特性進行分析，并針對指定離線編程噴涂軌跡設計的合理性進行了數(shù)值仿真與評估。
　　最后，根據(jù)企業(yè)對工業(yè)機器人性能檢測和評