高金刚[1]2014年在《切削加工机器人综合误差解耦补偿及运动规划》文中研究说明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,运用改进叁次样条插值-五次多项式插值-改进叁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。
刘兆广[2]2001年在《6轴切削机器人运动与静态受力分析》文中研究说明本论文对并联机构的运动和受力情况进行了研究。在运动分析部分，研究了并联机构的位置逆解，并推导求解了两种并联机构的封闭位置正解，分析了各分支的被动关节的求解问题，综合以上各方面，给出算例。 在受力分析部分，本论文利用边界元法合成杆件系统，进而对其进行受力分析，讨论了几种合成方式，并用图的方法对并联机构进行了数学上的描述。最后，给出了3-RPS并联机构的指定位姿下受力状态的运算实例。
赵学安[3]2015年在《机器人镗孔技术在飞机上的运用与研究》文中研究说明在某大型飞机机身的装配过程中,针对关键承力部位主起交点框的镗孔加工,国内仍采用手工加工方式,该方式较难达到飞机的设计要求。因此,有必要进行先进的主起交点孔精加工技术的研究,变革传统加工模式。并将研究成果在大运中机身部件的装配中进行应用,以提高中机身主起交点孔精加工效率,提高装配质量,缩短主起交点精加工施工周期。机器人镗孔技术涉及到机器人技术、集成控制技术、激光测量校准和机械设计、计算机技术等多个学科。深入研究和应用机器人镗孔技术,不仅能填补国内航空制造业在该领域的空白,对于提升国产飞机产品的国际竞争力,推动行业的快速发展都具有重要的现实意义。本论文在综述国内外飞机主起交点孔精加工技术发展现状的基础上,以某型机交点孔精加工工艺为研究对象,首先对以KUKA工业机器人为基础和末端执行器组成的镗孔加工系统采用受力分析、力学建模、强度分析等手段,为镗孔系统的设计提供理论支持,然后对机器人镗孔末端执行器进行了详细设计。最后通过试验对机器人镗孔工艺参数进行了分析和优化,使机器人镗孔系统满足交点孔精加工需求。通过文中对机器人镗孔系统的力学建模、力学特性和振动特性的分析以及系统加工振动实验数据的分析结果表明:机器人姿态和末端压力角的改变能有效减小加工过程中镗孔系统的振动,机器人镗孔系统满足设计的技术要求和质量。
郭英杰[4]2016年在《基于工业机器人的飞机交点孔精镗加工关键技术研究》文中研究说明交点孔作为飞机大部件装配连接的关键部位,其位姿精度直接影响飞机部件之间的互换协调性和飞机整机的装配质量。为了消除装配过程中由于定位和装配变形等原因形成的累积误差,保证交点孔位姿精度要求,在飞机装配现场需要对其进行精加工。传统的数控机床占地面积大、灵活性差,无法应用于工装设备密集、工作空间狭小的飞机装配现场。为此,本文提出了一种基于工业机器人的交点孔精镗加工方法,并针对机器人存在的机械刚度较低、定位精度较差、易产生变形和振动等问题,深入研究了机器人位姿优化、误差补偿和振动抑制等关键技术,以保证交点孔的位姿精度和加工质量。论文主要研究内容和创新点如下:阐述了飞机交点孔的重要作用及其加工技术的发展现状。介绍了基于工业机器人的交点孔精镗加工系统的结构组成和加工工艺流程。为了实现机器人的准确定位,构建了加工系统完整的坐标系体系,给出了工具坐标系和工件坐标系的具体标定方法,并采用Denavit-Hartenberg方法建立了系统所用KUKA KR360-2机器人的运动学方程。在深入研究机器人刚度模型及刚度特性的基础上,揭示了机器人在单方向上的平移变形与所受外力之间的严格线性关系,提出了 一种可以定量地评价机器人处于某一位姿时刚度大小的性能指标。该指标具有坐标系不变性,参考坐标系的不同不会影响其对机器人刚度性能的评价结果。以该指标最大化为目标,对于普通孔加工(无干涉、无第7轴)和飞机交点孔加工(有干涉、有第7轴)等不同情况,分别建立了不同的机器人位姿优化模型,并采用基于雅克比矩阵的迭代IKP法对模型进行了求解。通过机器人受力变形试验验证了刚度性能指标的正确性,而机器人在壁板钻孔和交点孔镗孔中的具体应用实例也证明了位姿优化方法的有效性。研究了基于激光跟踪仪的机器人位姿误差补偿技术。对于机器人末端物体结构复杂、形状不规则而导致其位姿难以直接测量的情况,提出了一种基于点集匹配运算的位姿误差补偿方法,借助于辅助定位点,实现了机器人位姿误差的计算和补偿;对于机器人镗孔加工这一特殊情况,提出了一种面向对象的位姿误差补偿方法,直接测量计算镗孔刀具的位置误差和方向偏差,并对其进行补偿。在飞机交点孔精加工中,通过上述方法,机器人末端镗孔刀具的位置精度可以调整到0.05mm,方向精度可以调整到0.05°,满足了某大型飞机交点孔的位姿精度要求。在综合考虑机器人镗孔加工特点及其刚度特性的基础上,研究揭示了镗孔加工的振动机理:振动的主体为机器人自身,振动的类型为具有位移反馈的强迫振动,振动时的刀具运动轨迹为椭圆,而且该椭圆的形态与主轴旋转频率密切相关。根据以上结果,提出了一种基于压脚机构的振动抑制方法,通过压脚与工件之间的摩擦力抵消切削力对机器人的作用,从而抑制机器人振动的发生。通过机器人镗孔加工试验,验证了上述机器人振动机理分析的正确性。在飞机交点孔精镗加工过程中,通过压脚抑制机器人的振动,交点孔孔壁表面粗糙度达到Ra0.8,孔径公差达到H7级,满足了某大型飞机交点孔的加工质量要求。最后,对全文工作进行了概括总结,并对有待进一步研究的内容进行了分析展望。
张立志[5]2010年在《六自由度点焊机器人结构设计与动态性能分析》文中提出机器人技术是融合了电子技术、机械技术等多种新兴技术的一种高新技术。随着先进制造技术的发展,实现焊接产品制造的自动化、柔性化与智能化已经成为必然趋势,采用机器人焊接已经成为焊接技术自动化的主要标志。本文主要工作如下：(1)根据提出的点焊机器人的技术指标确定了机器人本体的结构形式,设计了点焊机器人高精度高刚度传动系统方案,利用SolidWorks建立了机器人详细的叁维模型,对机器人平衡系统进行了设计与分析,对机器人关键承载部件进行了分析和简化,建立了关键承载部件的有限元分析模型,选取了最危险的受力状况作为分析工况,对各部件进行了静力分析,得到了各部件的应力和位移分布,获得了各部件的最大变形。(2)运用D-H方法,建立了该机器人的连杆坐标系,在此基础上,推导了机器人的运动学正反解。(3)对机器人进行了详细的静力学、动力学分析；利用牛顿—欧拉递推法建立了机器人的动力学方程,并设计了MATLAB计算程序,为机器人动力学仿真奠定了基础。(4)利用Matlab所设计的程序进行了运动学和动力学仿真,得到了机器人运动过程中各关节驱动力矩的变化曲线,最后将实测数据与理论计算的结果进行了对比,证明了动力学仿真的正确性,这为优化机器人结构、合理选择驱动电机、减速器等关键零部件以及机器人的实时控制提供了依据。
王波[6]2017年在《6-DOF机器人在铣削过程中的误差检测与建模研究》文中研究表明相对于传统的铣削加工,尤其是复杂工件的加工,普通铣削机床已经不能满足高效又精确的要求。由于机器人工作操作空间范围大、灵活性高、姿态多样等优点,近年来,将工业机器人用于加工领域成为众多专家学者的研究热点。但由于其结构特点造成刚性差的原因,导致机器人加工精度不高,受加工条件影响较大,而目前对机器人加工的研究主要停留在非金属材料的快速成型层面,对机器人高精度铣削加工还处于基础研究阶段。因此,本文提出在机器视觉测量方法的基础上,对机器人铣削加工铝合金进行了误差检测及补偿研究,本文研究主要内容如下:首先,根据机器人结构参数、铣削要求和测量要求,确立了铣削系统的整体结构方案和各关节误差测量方案,对摄像机自动采集的图像进行处理,利用sobel算子进行边缘提取,实现了对各关节转角误差的测量和铣削结果的位置分析。其次,以TA-1400机器人为研究对象,基于D-H方法建立了机器人运动学方程,对机器人连杆及坐标系之间的变换进行描述,并求解了机器人的正逆解,根据动力学参数,求出了机器人的雅克比矩阵。根据经验公式对机器人铣削力进行求解,并通过建立的牛顿-欧拉方程,建立了机器人末端受力与关节受力的映射关系。再次,设计进行了正交实验和实验数据分析,并根据机器人结构参数,以及各关节挠度和臂杆挠度与末端总挠度的传递关系,建立了机器人误差模型,得到了不同铣削用量与机器人铣削末端位置误差的影响关系。最后,以机器人误差模型为依据,对实际铣削中末端误差进行预先计算,并逆向求解出各关节处的补偿量,对铣削加工进行误差补偿实验,并通过实验验证,达到了机器人铣削末端的位置优化。
郭万金[7]2017年在《复杂形状零部件打磨作业机器人研究》文中研究表明工业机器人技术附加值高,应用范围广,是高端先进制造装备产业的重要组成部分。高端工业机器人的技术研发、制造和应用是衡量国家科技创新和高端装备制造产业水平的重要标志,是国家科技发展的重大战略需求。在先进制造领域,为了实现高效灵巧加工作业,通常需要加工制造装备具备五轴加工能力,而合理自由度布局的五自由度作业机器人即可满足工件一次装夹多面加工作业需求。复合式工业机器人因兼具串联机器人和并联机器人各自的优点而得到了专家学者的广泛关注与研究应用。面向作业姿态需要灵活调整的复杂形状零部件打磨作业领域,对于一次装夹开展多面打磨作业工况需求,采用复合式五自由度作业机器人作为加工作业装备将是一个很好的解决方案。本文面向复杂形状零部件打磨作业需求,设计研制一种灵巧作业空间大、作业姿态调整灵巧的复合式五自由度作业机器人,分别对所研制机器人的机构设计及其运动学与动力学建模、灵巧性分析、轨迹规划、打磨作业刀具路径规划、以及机器人实验平台搭建与打磨作业实验等方面开展深入研究。在复合式作业机器人的机构设计及其运动学与动力学建模方面,设计提出一种复合式五自由度作业机器人构型结构。建立机器人的运动学与动力学模型,提出一种具有唯一解形式的逆向运动学闭式解法,为后续开展研究提供机器人模型基础。在复合式作业机器人的灵巧性分析方面,提出一种基于映射空间包络曲面的机器人灵巧性分析方法,分析所设计提出的作业机器人的灵巧作业性能与作业任务可执行能力。分析总结影响机器人灵巧作业性能的结构参数因素以及与之相关的结构参数尺寸设计优化理论依据。求解机器人的可达工作空间与灵活工作空间。在复合式作业机器人的打磨作业任务轨迹规划方面,提出一种非等时长多目标平滑轨迹规划方法,针对打磨作业不同任务需求可以综合调整考虑时间、能耗、加加速度和加速度优化目标,能够规划出更多种类打磨作业任务的平滑控制轨迹形态。提出一种机器人动态承载能力的计算方法,开展机器人动态承载能力计算求解与机器人实验平台测试。在复合式作业机器人实验平台搭建与打磨作业实验研究方面,搭建所研制机器人的机械系统和运动控制系统。开展机器人实验平台的几何参数标定和位置精度及轨迹精度测试。从机器人打磨作业刀具接触位置与分层打磨作业规划以及接触姿态规划方面开展机器人打磨作业刀具路径规划研究。开展汽车轮毂辐板去毛刺打磨作业实验,机器人作业姿态可达性验证实验,以及汽车转向助力器壳体多面棱边打磨作业实验,验证机器人优良的灵巧作业性及打磨能力。
李睿[8]2014年在《机器人柔性制造系统的在线测量与控制补偿技术》文中认为重大装备是国民经济发展的支柱,它集中代表了制造业的水平和能力。由于重大装置存在体积庞大、结构复杂、精度要求高、现场制造装配调整量大等难题,有很多的基础科学问题、关键应用技术和工程实践需要攻克,其中制造过程中的测量与控制问题是提高装备制造水平的关键内容。本文以大型球面复杂孔系制造为对象,对机器人柔性制造中在线测量与控制补偿等关键技术进行了研究,在现有制造技术的基础上,提高大型制造设备的自动化加工水平、测量和控制的系统精度。在方案中引入组合式动态测量系统,通过系统标定、环境影响因素模型构造、动态误差补偿、反馈控制策略优化选择等技术,提高了机器人实时定位和加工精度。构建了由组合式动态测量平台、机器人运动控制模块、数据集成和融合模块组成的机器人测量控制系统。根据大型装备制造中被加工对象的精度需求,以及机器人运动路径的复杂性,构建了由4台红外相机组成的视觉系统并设计了叁维球形靶标,保证了机器人在加工区域内任意位置可见;引入了惯性测量仪,提高机器人末端执行机构指向的测量精度。两者构成组合式测量平台,用于机器人末端位姿动态捕捉和分析,可改善单一视觉系统角度测量精度,避免了激光跟踪仪等传统大尺寸测量设备动态跟踪难的问题。针对运动学参数标定模型进行研究,并在此基础上提出了两步法标定的改进方法。可实现测量系统和控制系统坐标系统一、机器人运动学参数标定,提高了标定后机器人末端位姿补偿精度。分析了机器人运动学参数标定不确定度,同时研究了机器人在整个运动空间内的定位误差分布,对于全空间范围内的定位和加工精度的评价、提高有极大的帮助。此外,通过实验对比分析了不同标定方法的精度和适用性。分析了关节角度误差、温度和负载对机器人末端定位的影响,构建了运动学参数误差模型。针对上面各影响因素开展具体的理论及分析工作。研究了机器人角度误差产生的原因,通过实验分析确定各误差成分的影响因子。研究了外部环境温度变化、机器人摩擦和电机转动发热产生的机器人热变形模型,设计了适用于现场应用的温度补偿方法。建立了负载误差模型并提出了补偿方法。分别针对机器人PTP和CP控制方式,提出了机器人运动精度的控制方法。设计了分步补偿的方法提高PTP控制精度;基于PID控制器和机器人逆运动学计算方法,构建了反馈控制回路,研究了系统延迟和控制周期的设计方法。
程祥[9]2006年在《新型复合加工中心创新设计方法研究》文中认为创新设计是指采用新技术、新原理、新机构和非常规方法进行的设计，使得所设计的产品在整体或局部是前所未有或前所未知的。只有创新设计才能产生真正具有市场竞争力的创新产品。近年来复合加工中心作为一类新型数控机床倍受人们的关注和重视，论文在具有加工功能复合、粗精加工机构复合、并联与串联原理复合特点的新型复合加工中心的新原理、新机构及虚拟样机仿真软件的开发等方面进行了较为全面的、系统的、深入的并具有一定创新意义的理论和试验研究。 论文主要研究的内容如下： 1．论文在对现有的车铣复合加工中心和并联机器人研究分析基础上，创新设计开发出一种全新型11轴6联动复合加工中心，该加工中心具有车铣磨加工功能、粗精加工机构、串联与并联原理混合等特点。 2．研究开发了一种过导向粗精加工机构复合与独立使用的机构模式，精加工机构具有3—5个运动轴，加工时粗精机构独立工作，提高了精加工的精度保持性；粗加工机构又可带动精加工机构移动，扩大了精加工机构的使用范围；过导向原理提高了粗加工机构的抗颠覆力矩的能力。 3．将并联原理引入到车铣磨复合加工中心的创新设计，提出了一种3-PRS叁轴并联运动和包含车削C轴的叁轴串联运动相结合的串并联复合模式；推导了其3-PRS并联机构的静、动力学逆解，并作了仿真：对3-PRS并联机构的奇异位姿进行了求解，并提出了避免的结构方案；对由搜索得到的3-PRS并联机构的可达工作空间，提出了伪象限方法并借助于叁维CAD软件生成了该可达工作空间的叁维实体；提出了一种剖切方法对3-PRS并联机构的可达工作空间进行研究得到了该工作空间内的姿态分布。 4．提出了一种空间倾角配置方法，克服了并联机构转动范围小的缺点，研究开发出一种可实现立卧加工的新型3-PRS叁轴并联原理主轴头部件，并进行了精度试验。 5．提出了一种过约束滚滑复合原理的新型被动关节，兼有刚度高、精度稳定性好的特点，应用虚拟样机技术对并联机构中的被动关节进行设计和优化，并通过试验和应用进行了验证考核。 6．开发出一种虚拟样机仿真软件——虚拟加工过程仿真软件，在该系统中可以完成创新开发机床的整体建模、各轴行程设定、读入NC代码、执行实时切削过程仿真、实时显示切削过程及最终
陈小岗[10]2013年在《交叉杆式6轴并联机床误差及刚度特性研究》文中指出本文针对交叉杆式6自由度并联机床(BJ-04-02(A))的误差及刚度特性问题,考虑误差、刚度与刀具平台所处位姿的相关性,从运动学位置反解分析、工作空间(位置空间、姿态空间)分析、铰链间隙与刀具平台位姿误差的传递映射关系、静刚度的分布特性、基于刚体动力学的连杆驱动力分析五个方面开展相关研究。本文主要完成了以下几方面的工作：基于螺旋理论,利用指数式正向位置映射模型,进行BJ-04-02(A)并联机床的完整位置反解分析,推导所有主动移动及被动转动关节变量的解析表达式。利用虚拟叁维装配模型,使刀具平台处于参考位姿,获取各关节的运动螺旋,分别建立各支链上关节变量与刀具平台位姿量间的指数式映射表达式。基于Paden-Kahan子问题,导出该机床的完整位置反解表达式,计算由参考位姿运动至任意给定位姿时所有36个关节变量。对四类典型轨迹下关节变量的变化规律进行计算及分析。考虑驱动杆伸缩行程、转动副转角范围、交叉杆之间几何干涉叁种约束条件,对BJ-04-02(A)并联机床的工作空间进行分析。首先计算参考姿态下的所有可达位置点,然后计算各点处刀具平台的最大全域可偏角,并据此获取对应于不同偏摆角度的位置空间。针对参考姿态及不同的最大全域可偏角,分别计算球体形状、圆柱体形状、长方体形状的推荐工作空间。基于欧拉坐标系与惯性系间的变换关系,将基于欧拉角(进动、章动、自旋)的旋转变换与基于绕惯性系叁个坐标轴(可等效为绕空间轴转动)的旋转变换相结合,建立含位姿量的误差映射关系式和刚度矩阵。在推导铰链间隙与刀具平台位姿误差的传递映射关系时,用欧拉角描述理想状态下的位姿,用绕空间轴转动描述间隙引起的位姿变化,并将铰链间隙折算为杆长变化量。在推导刚度矩阵时,用欧拉角描述无载荷作用下的位姿,用绕空间轴转动描述载荷作用引起的位姿变化。计算并分析工作空间内误差、刚度的分布特性,包括：在某一层内的分布特性、随层的z坐标的变化特性、随刀具平台偏摆方向的变化特性、随刀具平台偏摆角度的变化特性。基于牛顿-欧拉法,对BJ-04-02(A)并联机床进行刚体动力学分析,推导连杆驱动力的解析表达式。对典型运动轨迹下驱动力的变化规律进行分析,结合切削力测试试验,获取切削力对驱动力的影响。在BJ-04-02(A)并联机床上进行加工误差测试,并与理论分析结果进行对比分析,验证理论模型的正确性。
参考文献：
[1]. 切削加工机器人综合误差解耦补偿及运动规划[D]. 高金刚. 兰州理工大学. 2014
[2]. 6轴切削机器人运动与静态受力分析[D]. 刘兆广. 西安理工大学. 2001
[3]. 机器人镗孔技术在飞机上的运用与研究[D]. 赵学安. 哈尔滨工业大学. 2015
[4]. 基于工业机器人的飞机交点孔精镗加工关键技术研究[D]. 郭英杰. 浙江大学. 2016
[5]. 六自由度点焊机器人结构设计与动态性能分析[D]. 张立志. 东北大学. 2010
[6]. 6-DOF机器人在铣削过程中的误差检测与建模研究[D]. 王波. 山东建筑大学. 2017
[7]. 复杂形状零部件打磨作业机器人研究[D]. 郭万金. 哈尔滨工业大学. 2017
[8]. 机器人柔性制造系统的在线测量与控制补偿技术[D]. 李睿. 天津大学. 2014
[9]. 新型复合加工中心创新设计方法研究[D]. 程祥. 西安理工大学. 2006
[10]. 交叉杆式6轴并联机床误差及刚度特性研究[D]. 陈小岗. 南京理工大学. 2013
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