工业机器人的工作空间和误差补偿的分析与仿真

论文摘要

随着工业机器人的迅速发展和应用范围的逐渐扩大,关于工业机器人的工作空间和位姿误差分析方面的问题已经成为机器人领域的热点问题。但是,这些研究几乎都是针对单一机器人的,利用两台机器人串接来研究机器人的工作空间和误差补偿等却很少甚至没有。本文基于两台六自由度机器人串接,重点研究工业机器人的工作空间和误差补偿等问题,主要内容如下:（1）针对PUMA六自由度工业机器人的结构,利用关系坐标系建立了D-H模型,分析得到机器人各关节坐标变换矩阵,进而研究其运动学正、逆解问题,为后续的工作空间分析和误差补偿问题提供理论基础。（2）在分析FARO测量手臂的工作原理的基础上,详细讨论测量臂与工业机器人连接后误差检测与补偿的流程,为后续分析工业机器人的运动学提供了前提条件,同时也为工业机器人的工作空间和误差补偿问题的研究奠定基础。（3）针对测量机器人与工业机器人对接情况下工业机器人的工作空间有别与单一工业机器人单独工作时的工作空间,而且此时的工作空间是较难确定的问题,提出用数值法求解工业机器人的工作空间,并运用MATLAB软件对处于初始解时PUMA六自由度工业机器人的工作空间[0]进行仿真,得出联动装置的球面角与工业机器人工作空间大小之间的关系。（4）利用测量机器人测得该工业机器人某一位置其末端执行器的位姿,运用正、逆解运动学方程,计算出此时工业机器人各关节的位姿,从而得出PUMA六自由度工业机器人此时的位姿误差。然后,在测量机器人的测量范围内附加上相反的位置和姿态数值,重新让测量机器人跟踪工业机器人测量,以达到补偿的目。通过Crystal Ball模拟正态分布的原始位姿误差,在数值上完成各关节角的位姿误差的仿真,得出各关节角的平均误差值。综上所述,对PUMA六自由度工业机器人工作空间和误差补偿的分析及仿真弥补了以往只对单一机器人工作空间和误差补偿的分析或者仿真的不足,为今后多个机器人联动时对工作空间和误差补偿的分析提供新的思路和方法,具有重要的理论价值和技术意义。

论文目录

• 致谢
• 摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
• 1.1 课题来源
• 1.2 课题研究的背景与意义
• 1.3 国内外研究现状
• 1.3.1 工业机器人工作空间的研究现状
• 1.3.2 工业机器人位姿误差的研究现状
• 1.4 论文主要研究内容
• 1.4.1 本文研究的主要内容
• 1.4.2 论文的结构框架
• 2 工业机器人运动学分析及误差建模
• 2.1 机器人运动学分析
• 2.1.1 建立模型
• 2.1.2 运动学正解分析
• 2.1.3 运动学逆解分析
• 2.2 几何参数的标定
• 2.2.1 位姿测量
• 2.2.2 位姿匹配
• 2.2.3 位姿测量与位姿匹配的等量关系
• 2.3 本章小结
• 3 机器人末端位姿误差补偿方案
• 3.1 误差源分析
• 3.2 多关节测量臂
• 3.3 误差检测与补偿流程
• 3.3.1 位置校正总体方案
• 3.3.2 测量机器人与工业机器人对接
• 3.4 本章小结
• 4 工业机器人工作空间分析及图形仿真
• 4.1 引言
• 4.2 机器人工作空间的求解
• 4.2.1 工作空间的基本描述
• 4.2.2 数值法求解工作空间
• 4.3 机器人工作空间分析及图形仿真
• 4.3.1 机器人工作空间分析
• 4.3.2 工作空间仿真
• 4.3.3 仿真结果分析
• 4.4 本章小结
• 5 工业机器人末端误差补偿及图形仿真
• 5.1 引言
• 5.2 位姿误差补偿原理
• 5.3 误差补偿的实现
• 5.4 误差补偿仿真
• 5.5 补偿结果分析
• 5.6 本章小结
• 6 总结与展望
• 6.1 本文总结
• 6.2 研究展望
• 参考文献
• 作者简介
• 学位论文数据集