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焊接机器人的误差修正及精度补偿

时间：2017-11-17 来源：机器人在线阅读：8180

焊接机器人的误差修正及精度补偿

本文以PR1400型焊接机器人为研究对象，借助ANSYS Workbench对焊接机器人关键部件和整体进行了静力学以及模态分析，并对关键部件进行了结构优化设计。然后针对焊接机器人绝对精度低的现状，分析了影响精度的因素，建立误差模型并进行了精度补偿。具体包括以下内容:

(1)对PR1400型焊接机器人本体结构进行了详细介绍，建立了PR 1400焊接机器人的虚拟样机模型，同时借助ADAMS进行仿真，分析了PR1400型焊接机器人在运动范围内各部件的危险姿态，获得了危险姿态下的受力和力矩曲线。

(2)建立了PR 1400型焊接机器人的有限元模型，根据ADAMS仿真得到的数据，研究了焊接机器人大臂、小臂、肩部、肘部、腕部等关键部件在危险姿态下的强度与刚度，并进行了模态分析，获得PR1400型焊接机器人关键部件的固有频率及前六阶振型。同时对机器人整体结构进行了静力分析与模态分析，获得PR1400型焊接机器人整体的固有频率。通过分析对比整体固有频率与各部件频率，验证PR1400型焊接机器人现有结构在工作中不会发生共振。

(3)设计并实施了针对PR1400焊接机器人的静态应力应变实验，采集了焊接机器人在实际工作中不同姿态下的应力应变数据，与有限元分析数据进行比对，得到了两者之间的对比曲线。根据对比曲线对误差进行了说明，验证了ANSYS Workbench有限元分析的可靠性。

(4)根据有限元分析的结果，借助ANSYS Workbench的结构优化功能模块对焊接机器人的关键部件进行了结构优化，在保证关键部件的刚度的前提下，成功对关键部件进行了结构优化设计:①大臂质量减轻5.16%②小臂质量减轻1.83%，最大变形量减小7%③肩部质量减轻3.3%，最大应力下降23.5%④腕部质量减小了4.17%⑤肘部质量减小了6.5% 。

(5)针对PR1400型焊接机器人，分析了影响机器人精度的因素，采用DH模型建立了机器人运动模型。在DH模型、MDH模型与MCPC模型基础上，提出了一种适合机器人标定用的修正的MDH模型，增加了工具坐标系相对机器人末端坐标系的转换。

(6)建立了机器人误差模型，并借助MATLAB进行仿真验证了误差模型的准确性，利用最小二乘法进行参数辨识，然后对名义连杆参数进行补偿重新进行标定，获得的数据显示机器人的绝对定位精度得到有效提高。

本文在PR 1400焊接机器人结构优化与精度补偿方面取得了一定的成果，但是受时间与条件限制，还存在一些地方需要提高:

(1)本文对PR 1400各关键零件的结构优化设计过程中，没有充分考虑优化后的结构在加工工程中可能出现的加工工艺问题，在后续工作中将进一步改进。

(2)在建立焊接机器人的整机有限元分析模型时，由于焊接机器人零部件众多且零部件间连接复杂，对关节连接处进行了一定的简化，得到的分析结果与实际情况不可避免存在误差。在后续的工作中将对有限元模型的简化问题做进一步研究。

(3)由于企业只能提供静态实验的场地，本文对于焊接机器人的有限元实验验证只是选取了机器人的静态位姿，在未来将进一步研究如何对动态有限元分析进行验证。