切削加工机器人综合误差解耦补偿及运动规划

【摘要】工业机器人具有成本低,良好的灵活性,较高的柔性等特点,在切削加工领域与变位机结合使用能够有效地对各种复杂曲面进行切削。尽管工业机器人存在关节及臂杆刚性不足等缺点,但可以通过采取适当的补偿措施,以满足不同应用的要求。目前,工业机器人广泛应用于车身焊接、喷涂、装配、搬运、柔性加工等行业,随着电子技术、控制技术的发展,机器人技术也在不断地进步,就创新性应用来讲,对于切削加工等领域的研究也必将成为新的发展方向。本文首先建立了切削加工机器人系统正、逆向运动学与动力学方程,运用机器人微分变换原理建立了误差运动学方程,进而建立了机器人动、静态误差综合微分变换运动学方程,从而获得了机器人实际的空间位姿,证明了机器人本体动、静态误差存在耦合关系,同时证明了机器人TCP与工件问存在牵连误差运动。以摄动法为基础,推导出了机器人相邻关节间的动态与静态误差的关系,进而建立了6轴工具TCP与机器人各轴间的误差传递关系,在误差运动学方程的基础上,以摄动法即小误差摄动的思想对机器人动、静态误差进行了解耦,在此基础上建立了关节角补偿模型,通过算例验证了本方法的正确性,此方法为研究机器人末端位姿误差与臂杆弹性变形间的关系提供了一个新的思路。欠自由度机器人在误差补偿过程中需要求解逆雅克比矩阵,当雅克比矩阵的广义逆为病态时,数值计算误差将覆盖机器人误差,运用改进后的人工鱼群算法求解超定非线性方程组,避免了雅克比矩阵的求逆,减少了因数值计算带来的误差,提高了误差补偿的精度。针对切削加工机器人走刀轨迹特点,运用改进三次样条插值-五次多项式插值-改进三次样条插值的轨迹规划方法,对机器人进行了轨迹规划,以保证机器人在切削加工中速度、加速度、加加速度的连续从而实现稳定切削加工。机器人的任务均在笛卡尔空间内完成,关节受力大小将决定关节误差的大小,机器人在工作中尽量以最短的时间、最少的能耗完成任务,针对以上问题提出以提高轨迹的动力学品质、减少运行时间、减少能耗为目标的多目标优化方法,从而提高机器人的工作效率。
【作者】高金刚；
【导师】张永贵；
【作者基本信息】兰州理工大学，机械设计及理论，2014，硕士
【关键词】机器人；切削加工；误差；摄动法；轨迹规划；路径优化；

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