六自由度测量机器人误差分析与仿真

论文摘要

如今,机器人的发展相当的迅速,应用范围也在逐渐扩大。测量机器人用来完成精确度较高的测量工作,动作的准确性和动作重复的位置精确性都要求很高。随着零部件加工精度的提高,控制部件改进,测量机器人的位置精度和运动精度也会相应提高。但是如果只依靠这些来提高测量机器人的各方面的精度,提高的速度会受到许多因素的制约。因此,在现有技术水平的基础上,尽可能提高机器人的各方面精度,以满足要求,是应重点考虑急需解决的问题。本文的研究对象是将串联机构学为基础的机器人技术与测量技术相结合的六自由度测量机器人。对其进行运动分析、误差分析及仿真。首先,从六自由度测量机器人的结构出发,建立关节坐标系并采用D-H模型分析,从而得到机器人各关节坐标变换矩阵,以此来完成运动学正问题、逆问题的研究,这为以后的误差分析打下了基础。其次,分析由静态误差引起的机器人末端位姿误差的来源,然后通过机器人位姿广义坐标的描述,建立机器人的静态位姿误差分析模型及其计算表达式,最后根据机器人各关节参数数据及关节运动规律进行了计算,得到机器人位姿广义坐标误差图。再次,分析引起机器人位姿误差各种因素的来源、影响,将各种因素统一归结为机器人的结构参数误差和运动变量误差,然后利用微分法对各种因素引起的机器人位姿误差进行了公式推导,把机器人各杆件及关节数据代入推导出的公式中进行计算,通过计算表明,应用该方法可以综合分析各种因素对机器人末端位姿的影响。最后,利用solidworks对该测量机器人进行了实体建模,把该模型导入adams软件中,最终在adams软件中实现了仿真。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 前言
• 1.2 测量机器人的误差源
• 1.3 影响机器人位姿精度的主要因素
• 1.4 本文研究内容
• 2 六自由度测量机器人运动分析
• 2.1 运动学分析概述
• 2.1.1 坐标变换
• 2.1.2 齐次变换
• 2.2 机器人运动学模型的建立
• 2.2.1 机器人D-H模型建立的方法
• 2.2.2 六自由度测量机器人的D-H矩阵模型
• 2.2.3 机器人运动学正问题
• 2.2.4 机器人运动学逆问题
• 2.3 本章总结
• 3 六自由度测量机器人的静态误差分析
• 3.1 引言
• 3.2 误差及其分析的介绍
• 3.2.1 误差产生的原因
• 3.2.2 误差分析方法介绍
• 3.3 机器人位姿描述
• 3.3.1 位置广义坐标的描述
• 3.3.2 姿态广义坐标的描述
• 3.4 机器人的静态位姿误差计算
• 3.4.1 机器人末端的位置广义坐标对各运动变量或参数的偏导数
• 3.4.2 机器人末端的姿态广义坐标对各运动变量或参量的偏导数
• 3.4.3 机器人末端的位置和姿态的静态误差的计算
• 3.5 本章小结
• 4 多因素影响下六自由度测量机器人位姿误差分析
• 4.1 引言
• 4.2 影响机器人位姿误差的因素
• 4.2.1 机器人的结构参数误差
• 4.2.2 机器人关节运动变量误差
• 4.3 利用微分法的误差分析方法介绍
• 4.4 机器人的误差分析
• 4.4.1 误差分析公式的推导
• 4.4.2 误差分析
• 4.5 机器人各关节误差对末端误差的影响
• 4.6 本章总结
• 5 六自由度测量机器人的仿真
• 5.1 引言
• 5.2 adams软件的介绍
• 5.2.1 ADAMS软件的模块
• 5.2.2 ADAMS软件的约束库
• 5.3 六自由度测量机器人的仿真
• 5.4 本章总结
• 6 总结与展望
• 6.1 总结
• 6.2 展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录 在校学习期间发表的论文