某弧焊机器人位姿精度可靠性分析方法研究

论文摘要

机器人的位姿精度是衡量机器人工作性能的一个重要指标。对机器人位姿误差的分析是实现机器人精度控制的前提；是对机器人位姿误差和轨迹误差进行补偿的基础；是机器人正常工作、实现高精度作业的保证,直接关系企业的生产效率,所以研究机器人的位姿精度具有十分重要的工程应用价值和理论意义。本课题主要对弧焊串联机器人的位姿精度可靠性进行分析和研究,包括弧焊机器人性能指标参数的选取和计算,位姿误差的建模,各个关节对机械人末端位姿误差可靠性的计算和分析,工作空间的求解,以及衰减模型的分析等。根据国家标准对工业机器人的性能规范选取相应的性能指标参数,对性能指标参数的测试数据进行数据分析和处理,包括：去除粗大误差；绘制数据分布直方图、轨迹图等；判断数据分布类型；计算选取的各个性能指标参数值。利用Matlab及Gui编写测试数据分析和处理的应用软件界面。在机器人运动学的基础上,利用矩阵微分法建立位姿误差的数学模型,分两种形式求解机器人各个关节对于手部末端误差的影响：已知各关节误差值的情况和已知各关节误差分布的情况。末端误差求解完成后即对末端误差进行可靠性分析。本文中给出了两种末端误差可靠度求解的方法：一是基于Monte Carlo抽样的统计方法；二是判断末端误差的分布类型后,利用相应的概率累积分布函数求得。然后利用基于Monte Carlo的数值方法方法求解机器人的工作空间。对机器人在正常工作过程中可能出现的关节磨损进行分析和计算。本文仅考虑了机器人正常稳定工作阶段的关节磨损情况,即线性磨损衰减的情况。假设各关节在误差圆内正态分布,利用Monte Carlo方法抽样得到相应的抽样误差值,从而计算磨损衰减后各个关节对末端误差的影响并分析此时末端误差可靠性。基于Matlab平台开发了弧焊机器人位姿精度可靠性分析软件系统,具有机器人性能指标参数计算、机械人末端位姿误差可靠性计算和分析、工作空间的求解等功能,调试运行结果表明,系统稳定,性能满足需求,操作方便。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 目录
• 第1章 绪论
• 1.1 课题研究的背景与意义
• 1.2 机器人位姿精度研究现状
• 1.3 课题研究的主要内容
• 第2章 弧焊机器人性能指标参数计算和分析软件开发
• 2.1 弧焊机器人性能指标参数选取
• 2.2 测试数据的分析和处理
• 2.3 性能指标参数的计算
• 2.4 性能指标参数计算和分析软件开发
• 2.5 本章小结
• 第3章 机器人位姿误差建模及工作空间求解
• 3.1 位置和姿态的表示与变换
• 3.1.1 位置和姿态的表示
• 3.1.2 齐次变换
• 3.2 相邻连杆坐标变换矩阵
• 3.3 机器人末端位姿D-H模型建立
• 3.3.1 建立D-H坐标系
• i'>3.3.2 求两杆之间的位姿矩阵T_i
• 3.3.3 末端位姿坐标变换矩阵
• 3.4 位姿误差的影响因素
• 3.5 位姿误差建模
• 3.6 末端误差计算
• 3.6.1 已知各关节误差值
• 3.6.2 已知各关节误差分布
• 3.7 Monte Carlo抽样
• 3.7.1 正态分布抽样
• 3.7.2 威布尔分布抽样
• 3.8 已知误差分布六参数应用
• 3.9 机器人的工作空间
• 3.10 工作空间的求解方法
• 3.11 Monte Carlo法求解机器人工作空间
• 3.12 本章小结
• 第4章 末端位姿精度可靠性分析
• 4.1 末端位姿可靠性的判断方法
• 4.2 基于统计方法计算末端位姿可靠度
• 4.3 基于累积分布函数方法计算末端位姿可靠度
• 4.4 简单的线性磨损对末端位姿可靠性的影响
• 4.4.1 磨损规律
• 4.4.2 关节的线性磨损衰减
• 4.5 本章小结
• 第5章 弧焊机器人位姿精度可靠性分析系统软件开发
• 5.1 软件开发工具
• 5.2 软件系统的整体设计
• 5.2.1 软件概述
• 5.2.2 软件的基本功能分析
• 5.2.3 系统的设计方案
• 5.3 软件界面及主要功能介绍
• 5.3.1 软件界面
• 5.3.2 软件分析过程介绍
• 5.3.3 工作空间求解
• 5.4 本章小结
• 第6章 结论与展望
• 6.1 结论
• 6.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 发表论文申请专利及科研项目