6DOF工业机器人绝对精度校正的空间网格设计开题报告

全文总字数：4139字

1. 研究目的与意义（文献综述）

工业机器人是指由操作机（机械本体）、控制器、伺服驱动系统和传感设备构成的一种仿人操作、自动控制、可重复编程、能在三维空间完成各种作业的光机电一体化的生产设备，特别适用于多品种、变批量的弹性制造系统。如今工业机器人再众多领域得以广泛的应用，越来越多的工厂生产需要工业机器人来代劳。

机器人产业的蓬勃发展，催生出工业机器人的繁多种类，根据机器人关节的连接方式可以将其分为串联结构、并联结构、混联结构，其中，串联结构机器人在工业加工制造领域使用最广。

随着制造业全球化的的竞争日益激烈，各国对工业机器人的精度要求也越来越高。传统的工业机器人控制方法单一、灵活性差、功能有限，无法满足许多新的领域（如空间应用等）对机器人的技术需求。为了使机器人能够满足复杂的、高精度的、交叉作业的工作要求，要求工业机器人具备以下特点：（1）机器人具备足够的自由度，自由度越高，表示其达到特定位置的灵活性越高；（2）机器人具备足够高的精度，满足特定生产作业的需求；（3）机器人需要加装必要的各种传感设备来提高机器人适应环境和完成任务的能力。

2. 研究的基本内容与方案

机器人的绝对精度不高主要由于制造和装配的过程中产生的连杆实际几何参数与理论几何参数之间的偏差等系统误差造成；此外，例如温度、齿隙、齿轮传动误差及由于负载、应力和机械磨损等随机误差也会影响到机器人绝对定位准确度。

机器人绝对精度矫正建立模型的方法有很多，最为简单广泛的模型是d-h模型。机器人运动学参数的校准研究大多基于d-h模型，但d-h模型也有其局限性，表现在当相邻关节的轴线平行或接近平行时，此方法会出现奇异性的问题（即机器人运动学参数关于关节轴的变化是不光滑的）。与d-h模型相比，指数乘积（poe）模型则很好的解决了d-h模型的奇异性问题，同时该方法实现了对机器人转动关节和移动关节的统一描述，具有通用性的优点。

对于机器人的误差补偿则通常有两种方式，一种是在关节空间进行补偿，另一种是在笛卡尔空间进行补偿。许多学者提出的基于空间网格精度的机器人位姿校准方法即是在笛卡尔坐标系建立空间精度控制网格，并利用笛卡尔空间精度控制网格校准机器人，其中最为常用的方法时反距离权重插值法，通过机器人控制器的逆变换可以得到机器人到达期望位置p的各个关节角的值θi，但由于描述机器人运动学模型的名义几何参数和实际几何参数之间存在偏差，因此用逆变换得到的关节角值θi去驱动机器人时，机器人实际到达的位置是p p。为了补偿由于运动学模型参数误差带来的定位误差，可以通过机器人精度补偿模型给期望位置偏置一个p，即期望位置改为p-p。此时机器人控制器通过逆变换得到的各个关节角的值为θi-θi，用其来驱动机器人时，预偏置的-p与机器人运动学模型参数引起的偏差相互抵消，从而达到机器人希望达到的位置。

本文拟对机器人建立poe模型，以映射网格划分的方法来生成空间网格结构，通过反距离权重插值法实现对机器人绝对精度的补偿矫正。由于空间网格的划分疏密程度不同，会影响反距离权重插值法的补偿效果，因而本文将对网格划分疏密程度进行研究，找出较为理想的空间网格划分步长。

3. 研究计划与安排

第1周—第3周搜集资料，撰写开题报告；

第4周—第5周论文开题；

第6周—第11周撰写论文初稿；

4. 参考文献（12篇以上）

[1]李盛前,谢小鹏.基于旋量理论和sylvester结式法的6自由度机器人逆运动学求解分析[j].农业工程学报,2015,31(20):48-54.

[2]宋志伟. 基于空间网格精度的机器人位姿校准方法研究[d].华北理工大学,2016.

[3]菅奕颖. 6-dof工业机器人的工作空间与灵巧性分析及其应用[d].华中科技大学,2015.