一种可控工业机器人的动力学分析和运动学标定

发布时间：2023-04-08 02:05

　　随着工业机器人的蓬勃的发展,以及应用领域的不断扩大,现代工艺和生产制造对机器人的工作性能提出了更为严格的要求。精度作为衡量工业机器人工作性能的重要指标之一,是研究人员紧密关注的对象。现如今市场上机器人主要以传统串联机器人为主,其拥有工作空间大、占地小的优点,但是由于其机构为开链式结构,且驱动电机安装在关节的转角处,使得机械臂受力增加、运行时的转动惯量大。而机器人的外加负载、惯性力以及运行位姿都会引起杆件和关节累积形变,从而严重影响机器人的稳定性和末端定位精度。为了改善机器人的动态性能、提高作业精度,我们结合并联机构的优点,并且将可控机构理论与传统的串联机器人相结合,研制出一种新型六自由度可控焊接机器人。本文以实验室研制并加工的样机为研究对象,建立了机器人的运动学以及工作空间,然后运用有限元法对机器人机构进行弹性动力学建模,进而对机构的动力学方程进行求解,分析了机器人运行时的弹性误差。其后根据运动学知识对机器人进行了运动误差分析,分析了运动学模型中各参数偏差对末端定位影响的敏感度,为合理配置公差、选择加工精度提供了经济实用的参考。最后通过标定仿真实验,用最小二乘法识别出机器人的真实参数,...

【文章页数】：90 页

【学位级别】：硕士

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摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
    1.1 课题的来源、背景及研究意义
        1.1.1 课题的来源
        1.1.2 工业机器人的基本介绍
    1.2 课题的研究背景和意义
        1.2.1 课题的研究背景
        1.2.2 课题的研究意义
    1.3 国内外研究状况
        1.3.1 弹性动力学国外研究状况
        1.3.2 弹性动力学国内的研究状况
    1.4 工业机器人标定在国内外研究情况
        1.4.1 工业机器人标定在研究情况
        1.4.2 工业机器人国外标定的研究情况
    1.5 本文主要研究内容
第二章 焊接机器人结构方案的设计
    2.1 前言
    2.2 机器人构体的设计
        2.2.1 确定机器人本体结构构型式的依据
        2.2.2 机器人机械手臂的构型设计
        2.2.3 机器人腕部结构的构型设计
    2.3 机器人传动设计
    2.4 机器人自由度
        2.4.1 自由度的介绍
        2.4.2 自由度的计算
    2.5 本章小结
第三章 六自由度焊接机器人运动学分析
    3.1 引言
    3.2 机器人运动学基础
        3.2.1 位置的描述方法
        3.2.2 位姿的描述
        3.2.3 运动学方程建立
        3.2.4 算例分析及验证
    3.3 机器人运动学的逆解
        3.3.1 机器人逆运动学的算法
        3.3.2 逆运动学基础
    3.4 工作空间
        3.4.1 工作空间的概述
        3.4.2 工作空间仿真
    3.5 本章小结
第四章 机器人机构的弹性动力学模型的建立
    4.1 引言
    4.2 有限元方法介绍与步骤
        4.2.1 有限元方法介绍
        4.2.2 有限元法建模步骤
    4.3 机器人机构有限元的建立
        4.3.1 广义坐标和型函数
        4.3.2 梁单元变形时运动学关系
        4.3.3 单元动能及等效质量矩阵
        4.3.4 变形能及等效刚度矩阵
        4.3.5 梁单元的运动微分方程
        4.3.6 机器人机构系统动力学微分方程的建立
    4.4 弹性连杆机构动力学响应的求解
        4.4.1 动态响应求解
        4.4.2 动态响应的计算
    4.5 小结
第五章 误差分析与运动标定
    5.1 引言
    5.2 机器人误差分析
    5.3 机器人误差模型的建立
        5.3.1 关节坐标系间的微分变换基础
        5.3.2 关节坐标系间的位姿误差
        5.3.3 末端定位误差模型
        5.3.4 误差因素分析
    5.4 参数标定
        5.4.1 几何误差辨识方法
        5.4.2 程序设计与求解
    5.5 本章小结
第六章 总结与展望
    6.1 总结
    6.2 展望
参考文献
致谢
攻读硕士学位期间科研成果



本文编号：3785781