面向飞机装配的机器人定位误差和残差补偿.pdf

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1、航空学报ActaAerOnauticaetAstrOnautjcaSinicaApr．252017V01．38No．4SSN1000—6893CN11-1929／Vhttp：Nhkxb．buaaedu．Crlhkxb@buaa．edu．cn面向飞机装配的机器人定位误差和残差补偿何晓煦，田威*，曾远帆，廖文和，向勇南京航空航天大学机电学院，南京210016摘要：工业机器人由于其高柔性和低成本而被越来越多地应用到飞机自动钻铆系统中，使用精度补偿有效地提高机器人的绝对定位精度是保证产品质量的关键，为进一步提高机器人末端定位精度，提出了基于误

2、差相似度的残差补偿方法。首先使用基于运动学参数标定的方法辨识出机器人的几何参数误差，再利用基于误差相似度的方法对残余误差进行估计，实现对机器人的误差和残差的补偿。以工业机器人KUKAKR一30HA为对象所进行的试验验证表明，机器人的绝对定位精度平均值由补偿前的0．879mm经过定位误差补偿后提高到0．194mm，经过残差补偿后进一步提高到0．141mm，经过定位误差和残差补偿后的机器人最大误差由1．492mm降低为0．296mm，最大绝对定位精度误差降低了80．16％。该方法能有效地补偿参数辨识后遗留的残差，进一步提高机器人的定位精度

3、。关键词：飞机装配；精度补偿；残差补偿；最4'--乘法；误差相似度中图分类号：V262．4；TP242．2文献标识码：A文章编号：1000—6893(2017)04—420538—11工业机器人的飞机自动钻铆系统由于能够有效地提高飞机部件装配的质量和效率而被越来越广泛地应用并逐步取代人工作业[1’3]。飞机装配具有孑L位数量多、精度要求高的特点，因此飞机自动钻铆系统通常使用离线编程技术对机器人进行钻孔任务规划。当机器人采用离线编程进行任务规划时，通常需要指定末端刀尖点的绝对位置来实现。通常，工业机器人的重复定位精度很高，能够满足机器人

4、进行示教编程的精度要求，但其绝对定位精度却很差。对于没有标定的机器人，绝对定位精度通常比重复定位精度低1～2个数量级Ⅲ，因此需要通过精度补偿提高机器人的绝对定位精度来满足飞机自动钻铆系统中离线编程的精度要求。现有的提高工业机器人绝对定位精度的方法大体可以分为基于运动学模型的参数标定法[5。7]和非参数标定法。基于运动学模型的参数标定法通常把引起误差的因素作为各相应变量的微小变化量，通过一系列的参数变量处理建立机器人的运动学模型，并利用测量得到机器人末端定位误差，经过微分变换等推导出各连杆的实际几何参数，从而得到修正的机器人运动学模型。

5、但这种基于运动学模型的精度补偿方法存在一定的缺陷，因为其通常仅考虑了机器人几何参数引起的误差，而几何参数仅占误差影响因素的80％～90％[8。1叩左右，其余如齿轮间隙、机械臂的质量分布、负载变化、热效应等非几何参数引起的误差无法通过此方法得到补偿；且该方法通常需要建立机器人的误差模型，在动态变化的环境中缺乏柔性‘11

6、。为克服基于运动学模型的参数标定方法的不足，许多学者提出了很多非运动学参数标定方法，收稿日期：2016—06—17；退修日期：2016．07—18；录用日期：2016·08—12；网络出版时间：2016·10—1913：

7、14网络出版地址：WWW．cnki．net／kcms／detail／11．1929．V20161019．1314．006html基金项目：国家自然科学基金(51475225，51575273)；国家高档数控机床与基础制造装备(2014ZX04001071)*通讯作者．E—mail：tw—nj@nlJaaeduca引用格武：何晓煦，田威．曾远帆，等．面向飞机装配的机器人定位误差和残差补偿[J]航空学报·2017，38(4)：420538．HExX，TIANw，ZENGYF。etaliRobotpositioningerrorandres

8、idualerrorcompensationforaircraftassemb

9、y￡J]．ActaAeronauticaetAstronauticaSinica，2017，38(4)j420538．420538—1航空学报如基于人工神经网络(ArtificialNeuralNet—work，ANN)的标定方法[121141和基于误差相似度的精度补偿方法口5。163等。王东署和付志强[1刀把机器人实际位姿和相应的关节角误差分别作为前馈神经网络的输入和输出来训练网络，从而获得机器人任意位姿时的关节转角误差值，通过修改关节转角值来提高机器人

10、的绝对定位精度。这种标定方法把所有因素引起的误差均归结为关节转角误差，通过修改关节值来提高机器人的绝对定位精度。Zeng等[153将机器人及其附属设备看作一个整体，在此基础上建立机器人关节输入和末端位姿的空间相关性模型，