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        工業(yè)機器人誤差建模與分析

        2021-02-21 08:19:18梁睿李冬英李斌王蒙寬
        科技風(fēng) 2021年4期
        關(guān)鍵詞:誤差分析工業(yè)機器人

        梁睿 李冬英 李斌 王蒙寬

        摘?要:當(dāng)前工業(yè)機器人重復(fù)定位精度高,一般都能達到0.01mm以下,絕對定位誤差精度較低,比重復(fù)定位精度高了1-2個數(shù)量級,成為了制約工業(yè)機器人發(fā)展應(yīng)用的主要因素,首先利用矩陣法建立工業(yè)機器人誤差模型,再利用Monte Carlo數(shù)值仿真法,運用控制變量法研究各連桿參數(shù)誤差對機器人末端位置的影響,仿真結(jié)果表明,前三關(guān)節(jié)的關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)角誤差和連桿扭角誤差對末端位置誤差起到主導(dǎo)作用,其余參數(shù)誤差可以忽略不計。

        關(guān)鍵詞:工業(yè)機器人;絕對定位精度;誤差模型;矩陣法;誤差分析

        影響工業(yè)機器人絕對定位精度的因素種類繁多,但運動學(xué)參數(shù)誤差因素對絕對定位精度的影響最大,占80%以上[1,2]。因此要提高絕對定位精度,首先需要對運動學(xué)參數(shù)誤差進行誤差分析,從而針對性優(yōu)化機器人結(jié)構(gòu),提高絕對定位精度[3]。本文以ROKAE公司的XB4型6R工業(yè)機器人為研究對象,研究運動學(xué)參數(shù)誤差對機器人絕對定位精度的影響。采用Denavit-Hartenberg法建立機器人正運動學(xué)模型。在此基礎(chǔ)上,通過矩陣法推導(dǎo)并建立機器人連桿參數(shù)誤差模型?;谠撃P?,使用Monte Carlo數(shù)值進行仿真,研究各連桿參數(shù)誤差對對機器人絕對定位精度的影響。

        1 建立誤差模型

        本文研究對象為六自由度工業(yè)機器人如圖1所示,運用DH法建立的模型坐標(biāo)系如圖2所示。

        DH建模法的具體理論限于篇幅不詳細(xì)闡述,僅列出其關(guān)鍵要素,根據(jù)DH法建立起相鄰關(guān)節(jié)坐標(biāo)系的變化矩陣:

        由此得到末端位姿矩陣TN:

        根據(jù)圖2建立的連桿坐標(biāo)系,結(jié)合機器人本體結(jié)構(gòu)參數(shù),得到DH連桿參數(shù)表如下所示

        分別用AN和AR表示名義變換矩陣和實際變換矩陣:

        其中D表示基于基坐標(biāo)系的末端執(zhí)行器微分運動列矢量,Di表示基于第i關(guān)節(jié)坐標(biāo)系的末端微分運動列矢量,該式即為機器人運動誤差傳遞模型。

        2 機器人誤差參數(shù)仿真分析

        根據(jù)表1數(shù)據(jù)和式(11)誤差模型使用matlab進行分析,將得到的末端位置誤差運用Monte Carlo法分別在各誤差參數(shù)獨立作用與各誤差參數(shù)共同作用進行仿真,統(tǒng)計樣本為10000次。在進行誤差源單獨作用仿真時,將所有的連桿參數(shù)誤差統(tǒng)一設(shè)置為0.001,計算單個誤差占總誤差的百分比,將其定義為獨立作用下的貢獻指數(shù),結(jié)果為圖3所示。在進行誤差源共同作用下仿真時,先將所有誤差參數(shù)統(tǒng)一設(shè)置為0.001,求出所有參數(shù)共同作用下的誤差,再將目標(biāo)誤差參數(shù)的誤差值設(shè)為0,其余不變,計算去除單獨誤差參數(shù)后的誤差,計算前后誤差的差值,將每個參數(shù)的誤差相加得到總誤差,計算單個誤差占總誤差的百分比,將其定義為共同作用下的貢獻指數(shù),結(jié)果為圖4所示。

        由圖3、圖4可知,各參數(shù)獨立作用和共同作用下,連桿長度和連桿偏距的誤差均遠(yuǎn)小于關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)角和連桿扭角,對末端位置的影響可以忽略不計;一二三關(guān)節(jié)的轉(zhuǎn)角、扭角對末端誤差影響明顯大于四五關(guān)節(jié)。

        3 結(jié)語

        本文以6R工業(yè)機器人為研究對象,基于矩陣法推導(dǎo)出串聯(lián)機器人誤差參數(shù)模型,運用Monte Carlo法分析了獨立作用下和共同作用下各類誤差參數(shù)對末端位置誤差的影響,仿真結(jié)果表明,長度類參數(shù)和后三關(guān)節(jié)角度類參數(shù)對末端位置影響非常有限,一般可忽略不計。要提高絕對定位精度,重點要提高前三關(guān)節(jié)角度參數(shù)精度。

        參考文獻:

        [1]王田苗,陶永.我國工業(yè)機器人技術(shù)現(xiàn)狀與產(chǎn)業(yè)化發(fā)展戰(zhàn)略[J].機械工程學(xué)報,2014,50(09):1-13.

        [2]葉聲華,王一,任永杰,李定坤.基于激光跟蹤儀的機器人運動學(xué)參數(shù)標(biāo)定方法[J].天津大學(xué)學(xué)報,2007(02):202-205.

        [3]唐堯,張恩政,陳本永,陳剛,劉翠蘋.基于運動學(xué)分析的工業(yè)機器人軌跡精度補償方法[J].儀器儀表學(xué)報,2020,41(03):175-183.

        [4]喻敏.工業(yè)機器人精度評估與誤差補償研究[D].南京航空航天大學(xué),2015.

        [5]陳鵬.基于改進四階矩的機器人運動可靠性評估方法研究[D].河北工程大學(xué),2020.

        [6]徐昌軍.基于MDH模型的工業(yè)機器人運動學(xué)標(biāo)定技術(shù)的研究[D].哈爾濱工業(yè)大學(xué),2017.

        基金項目:邵陽學(xué)院研究生科研創(chuàng)新項目(CX2019SY026)

        作者簡介:梁睿(1992—?),男,四川南充人,碩士研究生,主要研究方向:專用設(shè)備制造。

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