面向制造现场的工业机器人精度维护方法研究

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工业机器人是高柔性多关节运动平台,已广泛应用于汽车制造过程中焊接、搬运、检测等多个生产环节。但作为一种开环式运动系统,工业机器人重复定位精度容易受到自身因素和环境因素的影响。如在制造现场,工业机器人连续高速运动将导致机器人本体发热,运动学模型参数将会发生缓慢漂移;另外,机器人末端工具的切换以及加工过程中工具与工件发生碰撞会导致工具坐标系位置偏移,影响机器人加工质量。这些因素制约了工业机器人在电子、机车、航空、船舶等高精度智能制造领域的应用和发展。只有解决工业机器人长期重复定位精度问题,才能拓宽工业机器人的应用领域,使其在现代制造向智能制造转变过程中发挥越来越重要的作用。  论文针对机器人温度漂移和末端工具位置偏移两种典型精度维护问题进行研究,并分别提出可应用于制造现场的解决方案。机器人实际工作过程中,两种精度补偿工作交替进行,可达到机器人运动精度实时在线维护的目的。本文的主要研究内容如下:  1.从机器人运动学模型、空间坐标系转换等基础理论入手,深入分析机器人运动学模型建立过程和工业机器人末端工具坐标系的建立过程;分析和总结机器人运动学参数模型和TCF坐标系对工业机器人精度维护的影响。  2.分析机器人温度分布特点及温度对运动学参数的影响规律,提出一套完整的补偿参数筛选流程,可筛选出受温度变化影响较大的参数;设计适用于温度误差补偿的视觉测量系统并完成标定,补偿过程满足现场生产节拍要求。  3.研究TCP快速自动校准需求和方法,提出一种新的激光测量法,推导工具坐标系建立算法,设计工业机器人运动轨迹,用于工具坐标系快速校准;最后,针对该系统进行系统参数误差分析并设计严格的系统标定流程。  4.对温度误差补偿方法和工具坐标系快速标定方法进行实验验证。针对两部分内容搭建实验系统,通过实验数据分析方法的有效性,并针对实验结果提出进一步的改进方案。
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