空间插值的工业机器人编程及应用(附件)【字数：12614】
摘 要随着科学技术的房展，机器开始逐步替换人作为劳动力。其中工业机器人在焊接、喷漆等危险行业已成为不可或缺的角色，其在工业生产活动中的应用也更加的广泛。但是大多数工业机器人也存在着一个问题，那就是重复定位精度较高，绝对定位精度稍低。为此我们提出一种改变其定位精度的方法，用D-H运动学模型来建立机器人的空间坐标系，再考虑机器人的各个关节引入的误差，建立其位姿误差模型。通过分析相邻两点间定位误差之间的关联进一步提出了定位误差相似度的概念，在此基础上提出基于空间插值的工业机器人精度补偿方法。用三菱RV-2FL-D工业机器人进行精度补偿验证，实验结果表明，其重复定位精度趋近于零，其定位精度有了很大提高，从而验证了精度补偿方法可行性与有效性。
目 录
摘 要 I
ABSTRACT II
第一章 绪论 1
1.1课题背景 1
1.2课题研究的意义 2
1.3本文的主要任务 2
第二章 机器人DH运动学模型 4
2.1DH参数法 4
2.1.1连杆坐标系的建立 4
2.1.2连杆参数 5
2.2连杆坐标系之间的坐标变换 5
2.3本章小结 6
第三章 机器人位姿误差模型 7
3.1运动学参数描述 7
3.2位姿误差模型的建立 8
3.3本章小结 11
第四章 RV系列工业机器人空间插补指令研究 12
4.1机器人动作控制关联指令 12
4.2程序控制的相关指令 17
4.3本章小结 19
第五章 课题研究机器人控制方式确定 20
5.1控制系统 20
5.1.1 Q02UCPU说明 20
5.1.2 QD75P1N定位模块说明 22
5.2伺服系统 23
5.2.1 MRJ420A概要 23
5.2.2 MRJ420A位置控制模式 24
5.3 RV2FLD机器人内置I/O 25
5.4系统模块控制关系 26
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072#
5.5本章小结 27
第六章 基于空间插值的编程应用实例及分析 28
6.1程序结构分析 28
6.1.1机器人程序结构分析 28
6.1.2 PLC梯形图程序结构分析 29
6.2外围控制模块连接设计 30
6.3空间插补轨迹分析 31
6.4系统的调试误差分析 33
6.5系统的安装调试 35
6.6本章小结 35
结束语 36
致 谢 37
参考文献 38
附录1系统电气布置图 39
附录2 机器人系统程序 40
附录3 PLC编程程序 43
第一章 绪论
1.1课题背景
工业机器人作为一种包含机械、电子、控制、计算机等多项学科的高端技术与一体的制造业的重要设备，它涉及许多的工程学的尖端学科，几乎代表了机电一体化的最高成就。随着科学技术的不断发展与进步，其制造工艺也不断的完善，应用也更加的广泛，作为一个重要的自动化生产装备，它已可以替换人在一些恶劣的工作环境中工作，与此同时还可以提高劳动生产效率，节约生产材料同时降低生产成本，对于我国的制造业的崛起将有着非常重要的意义。
工业机器人的机械性能水平是否高，与它的定位精度有着很大联系。其定位精度分为两种；重复定位精度：移动到空间上的一个固定位置； 绝对定位精度：相对于任意一个固定位置移动固定距离；通常而言，工业机器人的重复定位精度都很好，误差很小，但是绝对定位精度相对重复定位精度就差一点。在工程活动中工业机器人位姿出现误差的诱导因素种类很多，在其中较为明显就包括：机器人零部件的加工制造产生的误差，机器人的安装产生的误差，传动机构产生的误差，机器人连杆和关节的柔性以及机器人工作环境差异等因素。不同种类的工业机器人，以上的每一种因素都可能成为机器人末端执行器位姿精度降低的主要因素[1]。
在现在已经有的精度补偿方法，在大体上我们可以通过控制的方法来加以分别，具体的补偿方法可以划为两种。一类是在末端增加信息反馈，使整个系统实现闭环控制[23]。这种控制方法通常是把激光跟踪仪器与工业机器人和控制系统相互组合，形成一个整体。对机器人的工具坐标位置进行反馈，再由控制系统进行补偿计算，从而将其定位精度提高。这种补偿方案可以使其定位精度有很大的提高，但是另一面会使其财务投入成本很高，同时在加工复杂的部件时会使其反馈变得困难。另一类是标定的方法，通过位置的标定，来提高相对定位的精度。标定方法补偿后的定位精度将会有一定的提高。其误差不会超过1mm，在焊接之类的定位精度要求不高的场合，可以通过这种补偿来满足工程要求。但在精度要求严格的工作场所中，其远不能满足要求。到目前来说，精度补偿方法大致由以下几种：运动学模型参数标定法[57]、基于神经网络的正标定法[8]、基于神经网络的逆标定法[910]。
在实际工程中，上述办法有的不易实施，有的不能满足定位要求。为此我们提出了一种新的补偿方法，空间插值法。
1.2课题研究的意义
在未来工业制造中，机器人毫无疑问将会逐步替换人力作为第一劳动力，更加有效的利用工业机器人的高精度、高速度、高效率将会使未来的生产力有极大的提升。
在机器人的精度补偿方面，目前有很多得方案，但是大多数都不容易实施，要么成本太高，要么精度补偿不能满足要求。本课题主要通过机器人的运动学参数建立其位姿误差模型，分析其相邻点之间的误差关系。同时根据其误差的关联性，在编程中采用不同的空间插补方式，从而提高机器人在实际工程的重复定位精度，此方法有成本低，而且能有效的提高工业现场的定位精度，有很大的研究意义。
目 录
摘 要 I
ABSTRACT II
第一章 绪论 1
1.1课题背景 1
1.2课题研究的意义 2
1.3本文的主要任务 2
第二章 机器人DH运动学模型 4
2.1DH参数法 4
2.1.1连杆坐标系的建立 4
2.1.2连杆参数 5
2.2连杆坐标系之间的坐标变换 5
2.3本章小结 6
第三章 机器人位姿误差模型 7
3.1运动学参数描述 7
3.2位姿误差模型的建立 8
3.3本章小结 11
第四章 RV系列工业机器人空间插补指令研究 12
4.1机器人动作控制关联指令 12
4.2程序控制的相关指令 17
4.3本章小结 19
第五章 课题研究机器人控制方式确定 20
5.1控制系统 20
5.1.1 Q02UCPU说明 20
5.1.2 QD75P1N定位模块说明 22
5.2伺服系统 23
5.2.1 MRJ420A概要 23
5.2.2 MRJ420A位置控制模式 24
5.3 RV2FLD机器人内置I/O 25
5.4系统模块控制关系 26
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072#
5.5本章小结 27
第六章 基于空间插值的编程应用实例及分析 28
6.1程序结构分析 28
6.1.1机器人程序结构分析 28
6.1.2 PLC梯形图程序结构分析 29
6.2外围控制模块连接设计 30
6.3空间插补轨迹分析 31
6.4系统的调试误差分析 33
6.5系统的安装调试 35
6.6本章小结 35
结束语 36
致 谢 37
参考文献 38
附录1系统电气布置图 39
附录2 机器人系统程序 40
附录3 PLC编程程序 43
第一章 绪论
1.1课题背景
工业机器人作为一种包含机械、电子、控制、计算机等多项学科的高端技术与一体的制造业的重要设备，它涉及许多的工程学的尖端学科，几乎代表了机电一体化的最高成就。随着科学技术的不断发展与进步，其制造工艺也不断的完善，应用也更加的广泛，作为一个重要的自动化生产装备，它已可以替换人在一些恶劣的工作环境中工作，与此同时还可以提高劳动生产效率，节约生产材料同时降低生产成本，对于我国的制造业的崛起将有着非常重要的意义。
工业机器人的机械性能水平是否高，与它的定位精度有着很大联系。其定位精度分为两种；重复定位精度：移动到空间上的一个固定位置； 绝对定位精度：相对于任意一个固定位置移动固定距离；通常而言，工业机器人的重复定位精度都很好，误差很小，但是绝对定位精度相对重复定位精度就差一点。在工程活动中工业机器人位姿出现误差的诱导因素种类很多，在其中较为明显就包括：机器人零部件的加工制造产生的误差，机器人的安装产生的误差，传动机构产生的误差，机器人连杆和关节的柔性以及机器人工作环境差异等因素。不同种类的工业机器人，以上的每一种因素都可能成为机器人末端执行器位姿精度降低的主要因素[1]。
在现在已经有的精度补偿方法，在大体上我们可以通过控制的方法来加以分别，具体的补偿方法可以划为两种。一类是在末端增加信息反馈，使整个系统实现闭环控制[23]。这种控制方法通常是把激光跟踪仪器与工业机器人和控制系统相互组合，形成一个整体。对机器人的工具坐标位置进行反馈，再由控制系统进行补偿计算，从而将其定位精度提高。这种补偿方案可以使其定位精度有很大的提高，但是另一面会使其财务投入成本很高，同时在加工复杂的部件时会使其反馈变得困难。另一类是标定的方法，通过位置的标定，来提高相对定位的精度。标定方法补偿后的定位精度将会有一定的提高。其误差不会超过1mm，在焊接之类的定位精度要求不高的场合，可以通过这种补偿来满足工程要求。但在精度要求严格的工作场所中，其远不能满足要求。到目前来说，精度补偿方法大致由以下几种：运动学模型参数标定法[57]、基于神经网络的正标定法[8]、基于神经网络的逆标定法[910]。
在实际工程中，上述办法有的不易实施，有的不能满足定位要求。为此我们提出了一种新的补偿方法，空间插值法。
1.2课题研究的意义
在未来工业制造中，机器人毫无疑问将会逐步替换人力作为第一劳动力，更加有效的利用工业机器人的高精度、高速度、高效率将会使未来的生产力有极大的提升。
在机器人的精度补偿方面，目前有很多得方案，但是大多数都不容易实施，要么成本太高，要么精度补偿不能满足要求。本课题主要通过机器人的运动学参数建立其位姿误差模型，分析其相邻点之间的误差关系。同时根据其误差的关联性，在编程中采用不同的空间插补方式，从而提高机器人在实际工程的重复定位精度，此方法有成本低，而且能有效的提高工业现场的定位精度，有很大的研究意义。
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