论文部分内容阅读
经过制造或再组装的工业机器人绝对精度较低,难以满足日渐发展离线编程的要求。为了有效解决该问题,必须对工业机器人进行标定,使控制器中的名义模型接近实际机器人。本文针对机器人几何参数以及重力影响下非几何参数的误差源,分别进行了标定建模和实验,主要完成的工作如下：首先,针对开环法的误差模型,通过扩展雅可比矩阵,分别建立位姿模型、位置模型和距离平方差模型。考虑到模型存在的奇异问题,从雅可比计算的解析角度,推导了各模型的一般冗余关系式,并解释了参数冗余的物理含义。以广州数控有限公司的GSK-RB08型6R(旋转关节)工业机器人为实例,确定各模型的可辨识参数。在此基础上,仿真分析了影响辨识稳定性的因素,得出：经过模拟退火算法的位形优化降低模型条件数55.41%,测量位形超过50组为宜,测量点偏离末端关节轴线100mm为宜。在模型非奇异的前提下,使用Gauss-Newton最小二乘法辨识参数。同时,研究了关节空间补偿法和笛卡尔空间补偿法。接着,针对关节轴线特征提取的轴线测量法,二元回归模型用于解决平面拟合和圆心拟合问题,并对轴向方向进行了公式限定。根据轴线特征推导各连杆坐标系,并从相邻坐标系获得齐次变换矩阵,反解出运动学参数。本文的轴线测量法满足参数完整和非奇异,并且可辨识参数与位置模型一致。然后,以GSK-RB08机器人为待标定对象,Leica AT901-B激光跟踪仪为测量仪器,制作两种末端执行器,分别进行了轴线测量法、位置模型、距离平方差模型和位姿模型的标定。结果显示：四种模型的误差均方根分别减少了86.99%、86.66%、65.7%、96.16%；经过轴线测量法的辨识和补偿,机器人位置误差均方根为0.523mm。同时,以MATLAB/GUI为平台,设计了轴线测量法和位置模型的标定系统界面,方便用户避开标定理论和编程语言实现标定数据处理的可视化。最后,利用余弦公式,建立加入方向限定的实际关节角度计算公式,以此绘制GSK-RB08六个关节的转角偏差随关节角度变化的误差图,结果显示了重力因素、齿隙和齿轮传动误差三种非几何参数误差,且以关节2和关节3的自重因素影响最大。为此,建立自重刚度模型和外加负载刚度模型,并进行实验,经过自重刚度辨识后误差减少了50.68%,外加负载刚度辨识后误差大致减小到加载前的值,验证了模型的可行性。