混联式雕刻机器人的运动学标定研究

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1、混联式雕刻机器人的运动学标定研究ResearchonKinematicCalibrationofHybridEngravingRobot研究生：张晓单指导教师：罗继曼教授学科领域：机械工程（专业学位）二〇一七年三月分类号：学校代码：10153UDC：密级：公开硕士学位论文混联式雕刻机器人的运动学标定研究作者姓名：张晓单入学年份：2014年9月指导教师：罗继曼教授学科领域：机械工程申请学位：工程硕士所在单位：机械工程学院论文提交日期：2017年3月论文答辩日期：2017年3月学位授予日期：2017年3月答辩委员会主席：赵春雨答辩委员

2、会组成：李斌王丹刘士明孟丽霞论文评阅人：声明本人声明，所呈交的学位论文是在导师的指导下独立完成的。论文中取得的研究成果除加以标注和致谢的地方外，不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包括本人为获得其他学位而使用过的材料。与我共同工作过的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示谢意。作者签名：日期：2017年3月学位论文版权使用授权书本学位论文作者和指导教师完全了解沈阳建筑大学有关保留、使用学位论文的规定：即学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅。本人授权沈阳建筑大学(

3、或其授权机构)可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库并通过网络提供检索、浏览。(如作者和导师同意论文交流，请在下方签名；否则视为不同意。)作者和导师同意网上交流的时间为作者获得学位后：不限□半年□一年□一年半□两年□作者签名：导师签名：日期：2017年1月日期：2017年1月硕士研究生学位论文摘要I摘要随着自动化加工技术的日益成熟，对机床的加工精度要求也随之增高，对于并联机构机床来说，运动学标定能够有效提高其加工精度。本文以3TPS/TP混联式雕刻机器人为研究对象，对其运动学标定进行了深入的研究。首先介绍了机器人的整体结构，

4、并完成了运动学分析；其次对运动学标定技术进行分析研究并建立标定模型；再次，基于LabVIEW建立运动学标定的测试系统；最后，实验验证运动学标定及测试系统的可行性。本文首先阐述了3TPS/TP雕刻机器人的整体结构和串联、并联结构的特点，根据并联工作头装置建立了动平台和静平台坐标系，并由此建立了并联机构的运动学模型，在此基础上，结合串联部分的运动学分析，推导出整机的运动学模型。然后，根据运动学模型推导出误差补偿模型：分析影响机器人加工精度的误差元素，运用误差分离技术将影响机器人末端执行部件精度的可控误差和不可控误差的几何误差源进行分离

5、，将有效可控的误差进行提取，代入其运动学的补偿模型。其次，采用MATLAB中的最小二乘法对误差模型进行参数识别，并将识别的误差元素结果更新到误差模型中完成误差补偿。在此理论基础上，基于虚拟测试软件LabVIEW设计了混联式雕刻机器人的标定测试系统：通过分析、处理采集到的光栅尺信号，将位移值显示在测试系统标定界面上，并由实际位移值计算出点的位置误差，结合LabVIEW中的MATLAB脚本节点、用最小二乘法进行参数识别计算，辨识的结果可在系统中直接补偿到相应点的位置坐标，在标定后的界面中可以看到误差补偿的结果。最后，通过实验验证了运动

6、学标定及测试系统的可行性。选取均匀分布在工作空间上的若干点，在测试系统界面可以看出标定前后的位置误差对比，并通过标准方差、均方根误差、最大误差的计算，验证了标定之后机器人标准误差变化了4.28%，均方根误差减小了30.48%，最大误差减小了22.30%，可见通过运动学标定提高了机器人的定位精度。关键词：混联机器人；运动学标定；最小二乘法；测试系统；LabVIEWII摘要硕士研究生学位论文硕士研究生学位论文AbstractIIIAbstractAsautomationprocessingtechnologyhasbeenmature

7、r,machiningaccuracyrequirementsformachinetoolsisimproved.Forparallelmechanismofmachinetool,thekinematiccalibrationcouldimprovethemachiningaccuracy.Inthisthesis,thekinematicscalibrationofthecompoundtype3TPS/TPengraverobotwasinvestigated.Firstly,theoverallstructureofthe

8、robotwasin-troduced,andthekinematicsanalysiswascompleted;Secondly,thecalibrationtechnologywasstudiedandcalibrationmodelwases