0 引言

隨著“中國制造2025”戰(zhàn)略的提出，工業(yè)機器人的市場應(yīng)用不斷擴大，產(chǎn)銷量連年創(chuàng)出新高

，工業(yè)機器人在離線復(fù)雜任務(wù)編程、高精度、集成化和柔性化等領(lǐng)域的研究不斷深入，對于工業(yè)機器人的定位精度也提出了更高的要求

。從結(jié)構(gòu)上來看，工業(yè)機器人主要由減速機、電機等高精度零部件組成，但由于上述零部件在制造過程中不可避免的帶來回程誤差、剛度誤差和電機編碼器的分辨誤差

，同時裝配不合理也會產(chǎn)生較大的安裝誤差，在傳動過程中遠(yuǎn)不止上述幾類誤差，逐一排查異常復(fù)雜，工作量非常大，同時又存在諸多耦合因素，不利于企業(yè)的實際應(yīng)用和研究，但考慮到這些誤差源最終都會綜合反映到減速比的變化中，故都可以歸結(jié)為減速比誤差。根據(jù)工業(yè)機器人傳動誤差的特點，本文提出了一種具有實踐價值的工業(yè)機器人標(biāo)定減速比方法。該方法能夠?qū)崿F(xiàn)的現(xiàn)實基礎(chǔ)是因為工業(yè)機器人減速比在控制系統(tǒng)中調(diào)整較為方便，一般電控人員即可操作；工業(yè)機器人長期運行過程中出現(xiàn)新的傳動誤差也可以直接通過校準(zhǔn)減速比來提高絕對定位精度，因此，對工業(yè)機器人減速比標(biāo)定的理論分析與實驗研究具有重要意義。

確診為CAP的患者入院后24 h內(nèi)進(jìn)行身體檢查，并評估CAP嚴(yán)重度。根據(jù)肺炎嚴(yán)重度指數(shù)（PSI）分為 PSI≥130 分組（91 例）及 PSI＜130 分組（25 例）；根據(jù) CURB評分[9]分為CURB≥3分組（160例）和CURB＜3分組（156例）。

1 工業(yè)機器人D-H模型

本文中采用的LR20機器人控制器應(yīng)用的是標(biāo)準(zhǔn)D-H模型，也是目前工業(yè)機器人行業(yè)應(yīng)用最普遍的建模方式。為了減速比，針對典型的轉(zhuǎn)動關(guān)節(jié)機器人坐標(biāo)轉(zhuǎn)換進(jìn)行研究，確定其坐標(biāo)系及相關(guān)參數(shù)

：

(1)確定坐標(biāo)系

①

-1

軸：回轉(zhuǎn)軸線；

②

-1

軸：垂直兩連桿公垂線

-1

=

-1

→

；

通過分析上述減速比標(biāo)定原理，工業(yè)機器人的6個關(guān)節(jié)減速比都可以采用上述測量方法開展實驗研究，得到工業(yè)機器人各關(guān)節(jié)的真實減速比。

③ 軸：根據(jù)右手定則確定。

通過旋轉(zhuǎn)、平移、平移和旋轉(zhuǎn)的四步坐標(biāo)演變，可以將坐標(biāo)系{

}到達(dá)下一個坐標(biāo)系{

+1}，進(jìn)而確定相鄰坐標(biāo)系之間的聯(lián)系。

(2)確定參數(shù)

①連桿扭角

：

-1

→

繞

的轉(zhuǎn)角；

在PPP項目中，當(dāng)建設(shè)項目的不同主體在確定股權(quán)比例之后，還要對負(fù)債水平進(jìn)行合理的確定。通常表現(xiàn)為股權(quán)比例高，債務(wù)比例就會低，所帶來的經(jīng)濟效益就會多，因此，在對大規(guī)模的建設(shè)項目進(jìn)行投資時，都會選擇較高的債本比例。

②連桿長度

：

-1

→

沿

-1

的距離；

③關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)角

：

-1

→

繞

-1

的轉(zhuǎn)角變量；

以O(shè)點為任意轉(zhuǎn)軸中心點，

、

、

、

…是當(dāng)該軸旋轉(zhuǎn)時機器人末端靶球繞O轉(zhuǎn)動得到的n個不同測量點。只要知道了其中兩個位置，就可以按照上述原理求出該關(guān)節(jié)的實際減速比。下面是減速比標(biāo)定的具體步驟：

9）住房建設(shè)部門資料。主要為風(fēng)景名勝區(qū)、自然文化遺產(chǎn)的名稱、面積，城市（縣城）和村鎮(zhèn)建設(shè)的統(tǒng)計范圍及相關(guān)成果資料，可作為重要地理要素的參考數(shù)據(jù)源。

2 工業(yè)機器人減速比標(biāo)定原理

對于工業(yè)機器人的每個關(guān)節(jié)來說，減速比是關(guān)節(jié)驅(qū)動電機轉(zhuǎn)動的角位移與工業(yè)機器人關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)動的相應(yīng)角位移的比值，即各級減速機構(gòu)的設(shè)計值相乘的結(jié)果

。關(guān)節(jié)驅(qū)動電機轉(zhuǎn)動的角位移是由工業(yè)機器人控制系統(tǒng)進(jìn)行精確控制的，角度編碼器極高的分辨率和重復(fù)精度確保系統(tǒng)能夠準(zhǔn)確反饋角位移，最終通過示教器可以顯示出具體角度值

。在實際應(yīng)用過程中獲取工業(yè)機器人真實減速比較難，相關(guān)的影響因素也不可控，本文利用圓擬合的方法標(biāo)定工業(yè)機器人6個關(guān)節(jié)的減速比

，在360°范圍內(nèi)按照等角距的方式轉(zhuǎn)動工業(yè)機器人關(guān)節(jié)，激光跟蹤儀記錄圓弧運動軌跡上每個設(shè)置點的靶球坐標(biāo)轉(zhuǎn)換值，等角距反映的是工業(yè)機器人控制系統(tǒng)的名義轉(zhuǎn)角，即工業(yè)機器人關(guān)節(jié)電機轉(zhuǎn)動的角位移，相鄰兩點的靶球坐標(biāo)值可以擬合出同心圓弧，每段圓弧代表工業(yè)機器人關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)動的實際角位移，如圖1所示，利用該方法能夠得到工業(yè)機器人6個關(guān)節(jié)的減速比。

④連桿偏置

：

-1

→

沿

-1

距離。

1、擬合關(guān)節(jié)實際角位移

。工業(yè)機器人關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)一圈，多處測量點可以擬合出一個同心圓，相鄰兩測量點之間的旋轉(zhuǎn)角度為關(guān)節(jié)實際角位移。結(jié)合工業(yè)機器人減速比測量原理，由余弦定理能夠得到該角位移數(shù)值，如下式所示：

采用MS SQL Server 2005數(shù)據(jù)庫，軟件開發(fā)語言為PB 8.0，運行于Windows 2003操作系統(tǒng)。本系統(tǒng)以門診醫(yī)師工作站(EMR)為開發(fā)平臺。

(1)

2012年，按照加快實施最嚴(yán)格水資源管理制度試點相關(guān)要求，上海市水務(wù)局組織編制了 《上海市水資源管理系統(tǒng)實施方案》，啟動了新一輪水資源管理系統(tǒng)建設(shè)，一是在已有水資源監(jiān)測的基礎(chǔ)上進(jìn)一步優(yōu)化完善信息采集，形成與實行最嚴(yán)格水資源管理制度相適應(yīng)的水資源監(jiān)控能力；二是建立市區(qū)兩級水資源管理應(yīng)用系統(tǒng)，進(jìn)一步增強支撐水資源定量管理和對“三條紅線”執(zhí)行情況進(jìn)行考核的能力。

1.3觀察指標(biāo)醫(yī)務(wù)人員治療后對所選患者展開3~6個月的追蹤隨訪,同時對90項癥狀自評量表、抑郁自我評估表、焦慮自我評估表等做相應(yīng)的評分。

2、計算關(guān)節(jié)電機理論角位移

。工業(yè)機器人電機的理論角位移是通過電機編碼器輸出，最終顯示在示教面板上。由于電機旋轉(zhuǎn)角度與編碼器旋轉(zhuǎn)角度相同，可以直接在控制軟件示教器上面能夠獲取理論角度。

3、標(biāo)定關(guān)節(jié)減速比

。旋轉(zhuǎn)工業(yè)機器人關(guān)節(jié)，并記錄下其位置坐標(biāo)點及對應(yīng)的名義角度。按照下面的表達(dá)關(guān)系，可以得到實際的關(guān)節(jié)減速比

：

(2)

將單模透鏡光纖分別固定于三維精密調(diào)節(jié)平臺上,在微環(huán)腔的輸入輸出端進(jìn)行近似垂直光柵耦合,在實驗過程中通過實時觀察CCD成像,不斷調(diào)節(jié)光纖位置,以達(dá)到最優(yōu)耦合。耦合信號通過光纖導(dǎo)出被光電探測器接收后由示波器顯示,最終得到微環(huán)諧振系統(tǒng)的透射譜線。

最后取關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)角度

的平均值為實際角位移，確保每個關(guān)節(jié)擬合出的實際角位移真實有效，排除相關(guān)偶然因素。

3 工業(yè)機器人減速比標(biāo)定實驗

工業(yè)機器人減速比標(biāo)定實驗采用瑞士萊卡激光跟蹤儀測量工業(yè)機器人末端靶球位姿，它不僅可以測量單個標(biāo)記點的位姿，還能通過數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)將多個測量點擬合出各類圖形輪廓，并顯示各位姿點信息。實驗對象為負(fù)載20kg的工業(yè)機器人，LR20型工業(yè)機器人關(guān)節(jié)1-關(guān)節(jié)4采用納博特斯克減速機，關(guān)節(jié)5和關(guān)節(jié)6采用蘇州綠的諧波減速機。各減速機的減速比見表1所示。

實驗初始狀態(tài)的關(guān)節(jié)1-關(guān)節(jié)6的系統(tǒng)角度分別為0°，90°，0°，90°，90°，90°，數(shù)據(jù)測量采集的是安裝在工業(yè)機器人末端靶球位置。根據(jù)工業(yè)機器人減速比測量原理，并且盡可能保證實驗數(shù)據(jù)的有效性，實驗過程中最大范圍內(nèi)轉(zhuǎn)動工業(yè)機器人關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)角，同時考慮到靶球可能存在丟光的現(xiàn)象，工業(yè)機器人關(guān)節(jié)1、關(guān)節(jié)3、關(guān)節(jié)4和關(guān)節(jié)6測量點間隔設(shè)置為30°，關(guān)節(jié)2和關(guān)節(jié)5設(shè)置為20°。

圖2為LR20工業(yè)機器人6個軸實驗過程中捕捉到的瞬態(tài)。對工業(yè)機器人各關(guān)節(jié)依次有序間隔旋轉(zhuǎn)，同步記錄工業(yè)機器人末端靶球的位置坐標(biāo)及關(guān)節(jié)編碼器顯示在示教器中的轉(zhuǎn)角。按照控制變量法的原則，實驗需保證在滿速、空載狀態(tài)下運行，不同位置點可以設(shè)置5s的停頓時間，等工業(yè)機器人穩(wěn)定下來后開始采集數(shù)據(jù)

。

4 工業(yè)機器人減速比誤差補償與實驗驗證

工業(yè)機器人控制系統(tǒng)中減速比一般采用分?jǐn)?shù)形式表示，通過減速比標(biāo)定實驗計算得到的為小數(shù)，取小數(shù)點后三位，結(jié)果對定位精度的影響可以忽略不計，將軟件計算的結(jié)果和上述示教器中的結(jié)果處理后得到真實減速比，如表1所示。從減速比標(biāo)定實驗結(jié)果中不難發(fā)現(xiàn)，工業(yè)機器人各關(guān)節(jié)實測得到的減速比與理論值均存在一定偏差，并且偏差值各不相同，這是由于1、2、3和4關(guān)節(jié)僅使用了兩級減速機構(gòu)，并且減速器本身精度較高，因此整體減速比偏差幅度較?。?和6關(guān)節(jié)采用了多級減速，其中用到帶傳動，并且部分減速齒輪加工誤差較大，因此關(guān)節(jié)的整體減速比偏差幅度較大。

為了驗證標(biāo)定減速比前后對工業(yè)機器人精度的影響，隨機選取了20組目標(biāo)位姿，按照改進(jìn)的微分補償法進(jìn)行了誤差補償實驗。驗證實驗延用減速比標(biāo)定實驗的相關(guān)設(shè)備，利用離線編程的方式，工業(yè)機器人在滿載、滿速的狀態(tài)下運行，記錄下理論位置，再通過激光跟蹤儀測量出實際位置，最后利用最小二乘法識別參數(shù)，分析20個理論值與激光跟蹤儀測量的實際值，對比標(biāo)定前與標(biāo)定后的效果，如圖4所示。減速比標(biāo)定后，工業(yè)機器人的定位精度得到顯著提高，位置精度最大提高了84%，平均定位精度能夠達(dá)到0.58mm。

5 結(jié)束語

本文研究工業(yè)機器人減速比標(biāo)定是以工業(yè)機器人作為對象，結(jié)合高精密激光跟蹤儀和相關(guān)測量系統(tǒng)，開展的減速比誤差實驗，通過分析減速比標(biāo)定測量原理，利用數(shù)據(jù)擬合的方式，分析關(guān)節(jié)實際旋轉(zhuǎn)角度，最后標(biāo)定了關(guān)節(jié)電機減速比。最后驗證實驗結(jié)果表明，減速比標(biāo)定后，工業(yè)機器人的定位精度得到顯著提高，驗證了測量原理和實驗方案的可行性，對于企業(yè)應(yīng)用有著非常重要的意義。

[1]王龍飛, 李旭, 張麗艷,等. 工業(yè)機器人定位誤差規(guī)律分析及基于ELM算法的精度補償研究[J]. 機器人, 2018(6):10.

[2]宮思遠(yuǎn), 趙子越, 劉倩頔. 工業(yè)機器人校準(zhǔn)技術(shù)與補償方法發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢[J]. 計測技術(shù), 2021, 41(3):8.

[3]劉波, 趙一冰, 張南,等. 機器視覺與工業(yè)機器人相結(jié)合的自動上料系統(tǒng)[J]. 鍛壓技術(shù), 2021, 46(8):6.

[4]陳欽韜, 殷參, 張加波,等. 面向銑削任務(wù)的工業(yè)機器人剛度位姿優(yōu)化[J]. 機器人, 2021, 43(1):11.

[5]王海霞, 吳清鋒, 吳藝波,等. 機器人RV減速器傳動誤差的測量與分析[J]. 機械傳動, 2020, 44(2):5.

[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

[7]劉輝, 李斌, 張國偉,等. 機械臂D-H參數(shù)和減速比幾何標(biāo)定及誤差補償[J]. 計算機測量與控制, 2016, 24(1):5.

[8]厲志飛, 沈斌, 趙建峰,等. 減速比補償對于工業(yè)機器人標(biāo)定誤差的影響[J]. 計量技術(shù), 2019(8):3.

[9]張連新, 高洪明, 張廣軍,等. V01弧焊機器人關(guān)節(jié)減速比的測量與計算[J]. 電焊機, 2006, 36(3):4.

[10]占加林. 基于預(yù)標(biāo)定的工業(yè)機器人絕對定位誤差補償與實驗研究[D]. 合肥工業(yè)大學(xué).