【摘 要】
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随着航空航天等领域对大型结构件高精度加工需求增加,具有工作空间/装备占地比大、精度刚度高、灵活性强和动态性能好等优点的混联加工机器人表现出巨大的应用潜力。为提高混联加工机器人加工精度,本文提出一种基于光栅反馈的误差在线自适应补偿方法,利用外部光栅位移传感器实时检测机器人动平台位置和转角误差,采用柔顺控制算法实现误差在线补偿。首先,分析混联加工机器人主要误差来源,利用闭环矢量法推导机器人运动学模型。
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随着航空航天等领域对大型结构件高精度加工需求增加,具有工作空间/装备占地比大、精度刚度高、灵活性强和动态性能好等优点的混联加工机器人表现出巨大的应用潜力。为提高混联加工机器人加工精度,本文提出一种基于光栅反馈的误差在线自适应补偿方法,利用外部光栅位移传感器实时检测机器人动平台位置和转角误差,采用柔顺控制算法实现误差在线补偿。首先,分析混联加工机器人主要误差来源,利用闭环矢量法推导机器人运动学模型。基于运动学模型,分析机器人机构参数误差、传动比误差和零位误差对机器人末端位置影响。并借助外部光栅位移传感器检测机器人动平台参考点位置和A/C摆角头转角误差,针对机器人并联机构,根据光栅反馈信息利用位置逆解或雅可比矩阵计算驱动支链误差值。然后,提出一种基于粗插补的误差补偿方法。MATLAB数值仿真表明,该方法能够将机器人末端x、y和z向最大位置误差补偿到0.014mm、0.034mm、0.005mm,分别降低85.09%、82.20%、72.22%。在误差补偿实施时,选择等时间误差补偿,并研究了传统PID柔顺算法和模糊PID柔顺算法。最后,搭建混联加工机器人实验平台。配置硬件系统并开发软件补偿系统,在Tri Mule600和Tri Mule800机器人上参照GB/T 12642-2013标准分别进行重复定位精度实验,实验表明分别控制在17.26μm和16.97μm以内,达到光栅最高控制精度。规划圆弧轨迹和螺旋线轨迹,验证机器人运动过程中各光栅关节跟随误差补偿情况,将五个光栅跟随误差分别减少94%、93%、80%、75%、88%以上,误差补偿效果显著。此外,以第四驱动关节为例,规划余弦轨迹验证传统PID和模糊自适应PID柔顺算法的补偿效果,整体来看后者误差补偿效果更优。
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