面向高精度应用的工业机器人系统误差建模与标定

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1、学校代码：10255学号:2141197面向高精度应用的工业机器人系统误差建模与标定SystemErrorModelingandCalibrationforIndustrialRobotinHighPrecisionApplications专业：控制工程作者：蔡煜野指导教师：刘华山副教授校外导师：顾颢主任工程师答辩日期：2016年5月29日东华大学学位论文原创性声明本人郑重声明：我恪守学术道德，崇尚严谨学风。所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果。除文中已明确注明和引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品及成果的内容。论文为本人亲自撰

2、写，我对所写的内容负责，并完全意识到本声明的法律结果由本人承担。学位论文作者签名：日期：年月日东华大学学位论文版权使用授权书学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅或借阅。本人授权东华大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。保密□，在年解密后适用本版权书。本学位论文属于不保密□。学位论文作者签名：指导教师签名：日期：年月日日期：年月面向高精度应用的工业机器人系统误差建模与标定面向高精度应用的工业机器人系统误差建模与标定摘要工业机

3、器人广泛应用于机械、汽车、电子电气等领域，其替代人工进行自动化生产是未来制造业深度智能化发展的趋势。然而，高精度的工程应用需求对现有的机器人技术提出了严峻的挑战，大量学术界及业内的研究人员一直尝试通过各种技术手段和方法提高机器人系统的精度。本文针对机器人的高精度应用中存在的问题，重点研究提高机器人本体运动学精度与工作单元（工具中心点和工件坐标系）精度的方法和途径，具体涉及到系统的误差建模、运动学本体标定与平板重标定、机器人工作单元标定等。首先，介绍了机器人系统中常见的坐标系概念，分析了本体运动学与工作单元的误差来源，探讨了系统误差对不同的编程方式的影响。通过机器人D-H模型参数建立了运动传

4、递矩阵，然后通过传递矩阵串联相乘得到机器人前向运动学模型，计算了模型的位置误差向量和对应的偏微分。针对机器人工作单元，建立了基于工件坐标系的空间位置到机器人基座标系的映射等式。其次，根据建立的误差模型，提出了基于平板设备的机器人标定系统。以ABBIRB120作为待标定机器人，平板作为测量设备，通过平板APP感应机器人的碰触，记录平板位置信息，并利用无线网络实现平板与机器人控制柜的数据交互。运动学标定方面，利用常规的L-M算法优化了模型参数。考虑平板设备的测量精度问题，提出了基于平板重标定的运动学标定算法，依次通过粗标机器人，标定平板设备，重标定机器人实现。机器人工作单元方面，依次通过工件坐

5、标系转角标定，工具中心点标定和工件坐标系原点偏移标定实现，然后通过机械转换CAD模具完成标定工作单元向真实工作单元的转换。再次，对平板设备作了误差评估，建立了测量误差模型并用于机器人系统标定仿真分析，验证了算法可行性。对于运动学标定，着重分析了算法的稳健性和抗干扰能力，对于机器人工作单元标定，着重探讨了平板设备的误差对不同标定变量的影响差异，用于帮助认识标定方法的局限性与指导实际应用中平板设备的选择。最后，对机器人系统实施了标定实验，验证了实际情况下标定算法的有效性和稳定性，评估了实际标定算法可达到的精度范围。设计了重复性实验，评估了算法的可重复性。设计验证实验，证明了标定结果的准确性。I

6、面向高精度应用的工业机器人系统误差建模与标定关键词：工业机器人，运动学标定，非线性最小二乘法，工作单元标定，触摸屏II面向高精度应用的工业机器人系统误差建模与标定SystemErrorModelingandCalibrationforIndustrialRobotinHighPrecisionApplicationsABSTRACTIndustrialrobotsarewidelyusedinthefieldofmachinery,automobile,electronicandelectrical.Thereplacementtothemanualoperationofrobotisth

7、edevelopmenttrendofintelligentmanufacturingindustry.However,thehighprecisionrequirementofnegineeringapplicationposesaseriouschallengestoindustrialrobottechnology.Alargenumberofacademicandindustryresearchershavebe