第1期 2018年1月
组合机床与自动化加工技术
Modular Machine Tool & Automatic Manufacturing Technique
文章编号：10012265(2018)01=0051=05
D0I:10. 13462/j. cnki. mmtamt. 2018. 01. 013
No.1 Jan.2018
基于刚柔耦合建模的6R机器人位置误差分析
侯小雨，朱华炳，江磊
（合肥工业大学机械工程学院，合肥230009）
摘要：由于机器人在工作过程中受运行速度和加速度以及末端负载等固素变化的影响，其连杆和关节产生的形变会引起末端执行器的位置误差，针对这一问题，以FANUCM-6iB机器人为研究对象，采用仿真与试验相结合的方法，对机器人末端位置精度进行研究。运用DH法则建立运动学模型和位置误差模型，分析机器人DH参数发生微小变化对末端位置误差的影响；在ADAMS环境中进行刚柔耦合动力学仿真，在同时考虑关节柔性和连杆柔性的前提下分析运行速度和加速度、末端载荷变化对机器人末端定位精度的影响；通过自主设计的测量装置及变载荷方盒进行试验，试验与仿真结
果的对比表明利用刚柔耦合动力学模型模拟计算机器人末端误差具有较好的一致性。关键词：6R机器人：刚柔耦合：位置误差；ADAMS仿真
中图分类号：TH165；TG659
文献标识码：A
Analysis of Pose Error of 6R Serial Robot on Rigid-flexible Coupling
HOU Xiao-yu, ZHU Hua-bing, JIANG Lei
(School of Mechanical Engineering, Hefei University of Technology, Hefei 230009, China)
Abstract : Due to robot affected by the factors such as speed and acceleration, load in the working process, links and joints deformation make the end actuator position error, in order to solve this problem, the thesis take Fanuc M-6iB robot as the research object, take the method of simulation and experiment, in order to improve robot positioning accuracy. The kinematics and pose error model of the robot is established by DH rule, analyze the effects of kinematics and structural parameters on the effect of the robot pose error. Rigid-flexible coupling dynamics simulation in Adams environment, analyze the robot pose error caused by the variable of speed and acceleration, load; The tests use the self designed measuring device and variable load box, experimental error and simulation error comparative results show that the use of rigid-flexible coupling dynamics model to simulate the robot end-error has good reliability. Finally, the errors caused by the above two factors are integrated.
Key words: 6R robot; rigid-flexible coupling; pose error; ADAMS simulation
0引言
随着工业技术的飞速发展，6自由度串联机器人已被广泛应用于各种工业生产中，极大地提高了企业的生产效率。自前市场上的6自由度事联机器人的重复定位精度基本可以保证在0.1mm以内，但是绝对定位精度一般都比较低1，这样的绝对定位精度水平已经不能满足一些高精度操作作业场合的需要。国内外从20世纪80年代就开始了这方面的研究工作，形成了多种误差分析和补偿方法，多数是通过标定的方法提高机器人绝对定位精度[2-4]，可以很大程度降低由制造和安装产生的误差：研究机械臂自重和负载变化弓起机器人末端执行器的位置误差[5-]]。
本文针对机器人在不同工况下运行轨迹、速度和加速度以及末端负载的不同，综合考虑机器人的连杆和关节的柔性，通过分析上述各动态因素对机器人精
收稿日期：2017-02-26；修回日期：2017-03-27
度造成的影响，达到对误差进行预测的目的，为机器人误差补偿提供参考。
机器人误差分析与轨迹规划 1
1.1FANUCM-6iB机器人误差建模及分析
FANUCM-6iB机器人是一种6自由度串联机器人，具有6个转动关节。FANUCM-6iB机器人本体是由基座、机身、大臂、小臂、腕部及末端执行器组成，最大负载为6kg，重复定位精度为0.08mm，本体质量为138kg。利用DH法则建立FANUCM-6iB机器人连杆坐标系，如图 1所示,得到对应的DH参数,见表1所列。
DH参数是对机器人本体结构和位姿的一种简单描述，因此在研究各因素对机器人末端位姿精度的影响时可先转化成对机器人本体结构的影响即DH参数的误差情况，再通过误差模型计算出机器人末端位姿误差。
作者简介：侯小雨（1992一），男，安徽六安人，合肥工业大学硕士研究生，研究方向为机电控制与自动化，（E-mail)15655166056@163.com；朱华万数据一》，男，安徽怀宁人，合肥工业大学教授，博导，研究方向为机电一体化装备设计与制造，制造系统工程理论及应用技术等。