一种新型串并联六自由度喷涂机器人误差建模、补偿和轨迹规划研究

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现阶段工业喷涂机器人主要是以串联机器人为主,其有工作空间大等优点,但由于其电机安装在关节部位,在运动时会产生较大的转动惯量,降低其动力学性能;串联关节处的累计的误差也比较大,影响其工作精度。相对而言,并联机构的整体结构刚度大,结构经凑,但工作空间较小。本文将可控机构理论运用到串联机器人中,设计并制造出了一种新型串并联结合的六自由度喷涂机器人:将两平行四边形机构引入串联机器人中,增加其整体结构刚度,并由此使得一个原本在关节处的电机被移动到了基座处,一定程度上减少了其运动而产生的转动惯量,改善了其动力学性能,同时引入的平行四边形机构具有相比于其他机构工作空间更大,更灵活,易于进行编程控制等优点。本文针对这种串并联喷涂机器人先后做了运动学、误差建模与仿真、误差补偿、轨迹规划的分析与研究。运动学分析是机器人各项性能分析的基础,本文采用DH法求解了机器人正运动学问题,并引入了双变量反正切函数使得逆运动学多解问题得到改善,然后通过微分运动法对机器人速度问题进行了求解;在误差建模与仿真研究中,使用了基于五参数的矩阵法对本文的研究对象进行了误差模型的建立,并对影响误差的主要因素进行仿真分析;在误差补偿研究中,先后运用了摄动补偿法和简化的迭代补偿法对机器人的误差进行了软补偿,并对比了两种补偿方法的优劣;最后根据任务要求对本文研究的机构进行了直角坐标空间,即笛卡尔空间内的直线和弧形的轨迹规划问题,并引入了抛物线过渡函数,使得机器人在沿着轨迹运动中不会发生运动突变。
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