一种新型串并联六自由度喷涂机器人误差建模研究

根据日本工业机器人协会的认定，机器人是一种“一种具有记忆能力和手部工作器，可以完成替代劳动者工作的任务和要求”。可以简单的将机器人理解为:像人或人的上肢、能模仿人的动作;具有一定的感觉、智力、识别;是人造的机械。机器人主要有两大特性:通用性，执行不同功能和完成多样的简单任务的实际能力;适应性，能够自主执行没有经过规划的中间任务。

自从我国提出工业现代化的发展决策之后，工业制造业开始大量引入自动化机械装置来提高生产效率。特别是在一些涉及到运用有毒化学物品进行生产的工序中，例如为产品喷漆工序，为了保护工作人员，大多数企业利用喷涂工业机器人代替工人作业，不仅能节约人力成本，还能减少工人的劳动强度。这种现象极大的提高了我国工业机器人的使用率，广泛应用与汽车的车体、家电产品、各种塑料制品等的喷漆作业，对我国机器人行业发展水平有着极大的促进作用。

喷涂机器人(spray painting robot)，如图1-1。主要分为两类:一类是液压喷涂机器人，由本体、控制柜、液压系统组成，多为六轴关节型，工作空间大，腰部采用液压马达驱动，手臂采用液压缸驱动，手部采用挠性关节，可沿任意方向做大范围弯曲;一类是电动喷涂机器人，由本体、控制柜和伺服驱动系统组成，控制功能和液压机器人一样，但驱动改为了无火花伺服电机和配套的驱动电路，比液压机器人维修和保养更方便快捷。由于现在防爆技术的高速发展，使得原本

由于考虑到可燃性气体安全性问题而很少使用的电动喷涂机器人逐渐代替了液压机器人，并且大多数机器人用无火花伺服电机质量较轻，使得其惯性载荷也得到了很大的降低，提高了其动力学性能。

电动喷涂机器人主要有以下几个优点;

(1)挠性高。末端关节在任意弯曲状态下可绕中心轴旋转超过3600，使得其可以像人手一样喷涂对象的转角、折面、角度缝隙、焊接处、锻压处、剪切处;

(2)工作率高。喷涂机器人的工作率可达九成以上;

(3)远程示教。软件功能强，可在移动的同时保持末端姿态不变，而改变末端姿态也不会影响目标点。更高级的还有跟踪再现，在目标静止状态下示教，再现则靠实时坐标变换连续跟踪移动目标进行喷涂;

(4)防爆。采用无火花伺服电机，内部运用了内压防爆技术，可自动感知电火花，切断电源停止工作，再配合无刷旋转变压器工作，可以胜任任何有毒易燃易爆化学气体的喷涂工作情况。

现如今，飞速发展的机电一体化技术、现代机构学理论与可控机构理论为新型喷涂机器人的设计与研发提供了可靠的理论基础，其中多自由度多连杆可控机构为其理论与实践结合的产物之一，它能够实现复杂的轨迹运动，可将原有的部分电机放置与机架或底座上，减轻机械臂部分的重量，增加其刚度，减少其运动惯性，改善其动态性能，克服了原有六自由度串联机器人因为主结构刚度不够、运动惯性大，动态性能差而导致的重复定位精度差，误差大等缺点。鉴于其优点，本课题在国家自然科学基金的资助下，将多自由度多连杆可控机构理论运用于现今喷涂机器人之中进行研究，并与广西凯纵机械制造股份公司合作生产出新型串并联六自由度喷涂机器人实验用样机，之后在此之上对喷涂机器人的主要问题，运动学、误差建模、误差补偿和轨迹规划问题进行了更深入了研究，使得衡量六自由度喷涂机器人的主要指标，重复定位精度得到了较大的改善。