60000字硕士毕业论文4-D0F采样机械手静态位置和姿态误差研究

论文类型：硕士毕业论文

论文字数：60000字

论点：机器人,误差,机械

论文概述：

本文在运动学分析的基础上，对4-D0F采样机械臂进行动作规划与力矩优化，根据动作规划的结果进行轨迹规划，分析了机械臂的静态位姿误差。

论文正文：

第1章简介

1.1简介
机器人根据其不同的功能可大致分为工业机器人、极端环境机器人和医疗机器人。其中，极端环境操作机器人又称为特殊机器人，它可以代替人类在一些危险环境或人类目前无法到达的环境中完成操作任务，最能体现机器人[2-3]的应用价值。目前，此类机器人已广泛应用于海洋勘探、空间工程、爆炸物处理和核工业。对于特殊机器人来说，它生来就是为了完成特定的任务。任务的独特性也决定了专用机器人的运动控制应该具有很强的针对性，轨迹规划是运动控制的基础，需要深入研究。轨迹规划可以在关节空或笛卡尔空之间进行。科研人员应根据具体任务选择规划空。关节之间的轨迹规划空是指将关节变量表示为时间的函数，而笛卡尔空是指将末端执行器的位移、速度和加速度表示为时间的函数[2]。精度是衡量机器人性能的重要指标。这对机器人的可靠性具有重要意义。在某种程度上，它甚至是决定它能否应用于工程实践的一个关键因素。
因此，有必要在设计阶段提出机器人精度的概念，以便制定科学合理的设计指标[4-5]。精度反映在误差的大小上，所以精度问题相当于误差问题，误差可分为静态误差、柔性误差和控制误差。静态误差(Static error)是指当机械臂的每个部件被假定为理想刚体时，由制造、装配、控制等因素引起的末端误差。柔性误差(Flexibility error)是指在考虑机械臂部件的柔性时，由部件的柔性变形因素引起的末端误差。控制误差是由控制系统或部件的不准确性引起的最终误差。本文主要对机械手的静态误差进行了分析，柔性误差和控制误差需要研究组进一步深入研究。

1.2机械臂在国内外的发展现状
机械臂是一种典型的机器人机构。由于其携带方便、性能稳定、操作灵活、工作空间大空等特点。，广泛应用于生产实践中的各种场合，如喷涂、装配、装卸、传动连接、空间探索等。1954年，美国通用电气公司迪沃制造了世界上第一台可编程机械手，并提出了工业机器人的概念。1959年，迪沃和英格伯格共同制造了世界上第一个工业机器人，然后成立了尤尼明公司，该公司在1983年工业机器人工业蓬勃发展时以超过1亿美元的价格出售给西屋公司。1962年，美国的AFM公司生产了Verstran搬运机器人，掀起了工业机器人研发的热潮。1967年，日本川崎重工和丰田公司分别从美国购买了Unimatie和Verstran的生产许可证。从那时起，日本开始设计和生产工业机器人，并发展成为世界上机器人数量最多、技术最先进、应用最广泛的国家。
目前，从机器人研发实力、生产规模和应用范围来看，优势主要集中在日本和美国，包括德国、瑞典和意大利等少数发达国家。其中，比较著名的机器人制造商有日本的川崎、安川、富纳(FUNAC)、场外(OTC)和本田(HONDA)、AdeptTechnology、iRobot、美国机器人、美国艾默生工业自动化、德国的KUKA和西门子、瑞典的ABB机器人和意大利的C0Mau [7\' 8]等。随着数控技术和电子元件的快速发展，机械臂变得越来越灵活和智能化，在生产、生活、军事、科学探索等方面发挥着重要作用。大多数工业机器人以机械臂的形式出现，这符合制造业大发展和生产过程细分的时代潮流。自问世以来，工业机器人一直处于快速稳定的发展趋势。汽车工业是工业机器人最密集的应用领域，包括拾取机器人、搬运机器人、装配机器人和检测机器人。
根据每万名汽车工人中工业机器人的数量，2008年日本为1，710个，意大利为1，600个，德国为1，140个，美国为770个，瑞典为630个，而中国不到90个。这与中国作为世界上最大的汽车消费市场和重要的汽车生产国的地位非常矛盾。因此，无论从工业生产自动化的角度还是简单地从工业机器人的人均份额来看，中国与发达国家之间仍然存在很大差距。从目前情况来看，中国制造业装备的工业机器人大多是进口的，自主设计和生产的机器人比例仍然很低，核心部件仍然被发达国家牢牢垄断。然而，中国也意识到了发展机器人产业的重要性。国家“七五”、“八五”、“九五”和“八六三”高技术研发计划分别制定并出台了一系列有利于机器人产业发展的政策。这些优惠政策为中国机器人产业的研究和产业发展奠定了良好的基础。
目前，我国有不少于50家专门从事机器人研发和生产的制造商。其中，比较著名的制造商有沈阳宋新、北京汉沽、哈尔滨卜式、深圳钟伟兴、北京博盛等。目前，中国已相继开发出能达到国际一流水平的关节装配机器人、直角坐标机器人、射击机器人和搬运机器人，并在一定范围内生产和推广。例如，宋新公司生产的RH6弧爆机器人和BD120点摆动机器人已经在生产线上发挥了作用。此外，许多科研机构也从事机器人相关的研究，并取得了良好的成果。例如，沈阳自动化研究所、哈尔滨工业大学、清华大学、浙江大学、上海交通大学、京航空航天大学等一大批技术研发实力雄厚的科研机构在机器人相关领域取得了长足的进步。

1.3轨迹规划研究现状……13-15
1.4主要研究内容……15-16
第二章运动学分析……16-28
2.1描述连杆参数……16-18
2.2建立联动坐标系……18-19
2.3运动学方程的推导……19-22
2.4逆运动学解……22-25
2.5运动学仿真……25-27
2.6概述……27-28
第三章行动计划和扭矩优化……28-45[/比尔/] 3.1行动计划……28-30 [/BR/] 3.2扭矩优化……30-41
3.3验证和模拟……41-44
3.4概述……44-45
第4章轨迹规划……45-56
4.1特征指数分析……45
4.2轨迹规划流程……45-52
4.3规划结果分析……52-55
4.4总结……55-56
第五章静态姿态误差分析……56-69
5.1影响误差的因素……56-57
5.2静态姿态误差的推导……57-62
5.3基于Matlab的仿真……62-65
5.4联合核查...................65-68[/br/ ] 5.5摘要……68-69

结论与展望

在运动学分析的基础上，对4-D0F采样机械手进行了运动规划和力矩优化，根据运动规划的结果进行了轨迹规划，并分析了机械手的静态姿态误差。通过分析，可以得出以下结论:
1)根据4-D0F采样机械手的实际工作条件，对机械手进行了动作规划和扭矩优化，得到了最优的动作路径、最优的连杆长度和最优的肩关节静态扭矩，有效降低了机械手的关节载荷，提高了机械手的可靠性。通过三维动画仿真验证了路径规划和扭矩优化结果的正确性。
2)在考虑各关节位置、重要性和工作条件的基础上，合理确定机械手的最大加速度指标，并采用三角函数插值法进行机械手轨迹规划。最后，得出不同工况下各旋转关节的最大动态力矩和最大转速，机械臂完成所有工作任务，满足设计要求。
3)导致机械臂末端执行器静态姿态误差的所有因素都归因于D-H参数误差。通过运动学分析，导出了自由度参数误差与末端执行器误差之间的函数关系。通过计算机械臂关键工作位置的误差值，验证了所建立的数模参数误差指标的合理性。最后，将Adams和Matlab相结合，证明了机械手静态姿态误差计算和仿真过程的正确性。
根据本文的客观现实，下一步确定如下:
1)一种融合肩关节动力矩和静力矩的优化方法，以避免各自优化带来的误差。
2)在规划机械臂的轨迹时，可以考虑不同的规划方法。比较每种方法的优缺点，选择最合适的方法。
3)在制定误差指标时，应考虑连杆柔性变形引起的误差和控制误差，使制定的误差指标更加合理。

参考

[/1]张铁，谢存熙。机器人[。广州:华南理工大学出版社，2000。
[2]熊有伦，丁涵，刘恩康。机器人[。北京:机械工业出版社。1993.
[3]戴·钟弦。21世纪非制造自动化的发展及专用机器人的研究思路[。自动化学报，2002，28:96-102。
[4]卞振娥。机器人姿态校准和误差补偿[。机器人，1991。13 (1): 36-43。
[5]焦国泰。机器人姿态误差的分析与综合[。北京:北京理工大学机械工程与应用电子技术学院，2002。
[6]韩建海，吴方斌，杨萍。工业机器人[。武汉:华中科技大学出版社。2009.
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[9]李瑞峰。中国工业机器人产业发展战略[。航空空制造技术，2010，9: 32-37。[/比尔/] [10]毕升。国内外工业机器人发展现状[。机械工程师，2008，7: 5-8。