【摘 要】
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现代机器人应用产业多依托离线编程技术进行机器人运动的规划,这对机器人绝对定位精度提出了更高的要求。通用提升机器人绝对定位精度的方式是对机器人进行误差标定,但是传统几何参数误差标定技术无法识别基坐标系误差,标定参数的精度一般,且补偿效果受限于关节在连杆自重下的变形。本文针对传统几何参数误差标定技术的不足,在几何参数误差模型的基础上,分别引入基坐标系误差与关节柔性变形,对机器人进行了精度补偿技术研究。
【基金项目】
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国家重点研发计划（变革性）项目“大型复杂构件多机器人装备智能协同加工理论与方法”（项目号:2019YFA0706700）； 华中科技大学无锡研究院与无锡中车时代智能装备有限公司的合作项目“机器人关键技术研究”子项目—“机器人手眼标定以及机器人本体标定研究”；
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现代机器人应用产业多依托离线编程技术进行机器人运动的规划,这对机器人绝对定位精度提出了更高的要求。通用提升机器人绝对定位精度的方式是对机器人进行误差标定,但是传统几何参数误差标定技术无法识别基坐标系误差,标定参数的精度一般,且补偿效果受限于关节在连杆自重下的变形。本文针对传统几何参数误差标定技术的不足,在几何参数误差模型的基础上,分别引入基坐标系误差与关节柔性变形,对机器人进行了精度补偿技术研究。本文主要研究内容如下:采用D-H模型对机器人连杆进行运动描述,通过分析平行关节处参数突变原理,在平行关节处引入MD-H模型;对机器人进行运动学建模,给出机器人的正、逆向运动学分析,并在此基础上基于微分运动学方法给出机器人雅可比矩阵构造方法,进行机器人几何参数误差模型构建。为消除机器人基坐标系误差,构建了机器人距离误差模型,并提出了一种基坐标系误差修正模型;针对机器人关节变形构建了一种2、3关节在杆件自重下柔性变形的简化模型,并提出了一种基于残余误差的关节柔性变形辨识方法;对误差模型进行参数冗余性分析,识别、剔除模型中的冗余参数,并给出了基坐标系误差修正模型预测基坐标系位姿误差的机理。基于L-M算法设计了参数辨识方法与流程,基于MATLAB/GUI平台开发了标定程序与标定可视化交互界面,对各种误差模型进行误差数值仿真,验证了误差模型与辨识算法的有效性,并给出了误差模型的适用范围。搭建了基于IRB 6700-150/320型工业机器人与Leica AT960-LR型激光跟踪仪的标定试验平台,开展了误差测量与误差补偿实验,使50个测试点的平均位置误差从3.4355mm提升到0.1750mm,并在基坐标系位姿误差扰动后补偿效果变化保持在1%以内,且在引入关节变形补偿后平均位置误差进一步优化到0.1122mm。
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