关节机器人是典型的智能制造装备,随着机器人在制造业各细分领域中的不断深入应用,对其运动精度的要求也越发严格。机器人关节是由伺服电机和减速机组成的机电一体化系统,其传动误差是多种因素耦合作用的结果,很大程度上决定了机器人末端的运动精度。因此,为提高机器人关节的传动精度,本文以机器人关节为研究对象,研究了关节的传动特性、运动学误差的产生机理及建模、摩擦力矩和动力学误差建模,并提出了关于运动学误差和摩擦力矩的补偿方法。具体研究内容如下:首先,分析了机器人关节传动的运动学和动力学特性,根据传动过程中的影响因素将传动误差解耦为:关节制造环节的加工及装配误差所导致的运动学误差、减速器回差,以及非线性摩擦干扰和非线性迟滞刚度特性耦合作用所造成的动力学误差。然后,针对机器人关节加工及装配误差所导致的运动学误差,综合分析柔轮、刚轮以及波发生器的加工误差、装配误差等误差源及其耦合作用对运动学误差的影响,建立了关节的运动学误差综合模型,解决了单一误差线性叠加模型中低频误差预测不准确问题,并提出了基于三角函数和差化积方法的模型优化方法,简化了参数辨识难度,设计了关节运动学误差测试实验,验证了耦合误差模型的准确性。针对机器人关节的非线性摩擦,分析了关节运行过程中的转速、润滑效果、加工及装配误差对非线性摩擦特性的影响,建立了与关节输入转速、电机转角、关节转角相关的非线性摩擦力矩模型,通过关节摩擦力矩实验进行了参数辨识,并验证了非线性摩擦模型的准确性。针对关节动力学误差的主要影响因素,即关节刚度的非线性迟滞特性进行了研究,通过动力学误差测试实验,得到了扭转力矩-扭转角之间的关系。利用双曲线函数建立了动力学误差模型,并辨识得到了模型参数,验证了动力学误差模型的准确性。最后,针对机器人关节传动误差和摩擦力矩的补偿机制问题,采用了离线位置误差补偿和固定摩擦模型补偿方法,通过位置误差补偿实验和零力控制实验,验证了补偿方法的有效性。本文通过建立运动学误差、非线性摩擦、动力学误差等模型,实现了对机器人关节误差的描述,并针对多种耦合误差提出了离线误差补偿方法和固定摩擦模型补偿方法,提高了机器人关节传动精度,减小了关节运动过程中的非线性摩擦干扰,从而为提高关节机器人的运动精度,拓展其高精度应用提供了参考。