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喷涂机器人的设计及其运动误差分析

李少坤  
【摘要】:喷涂机器人属于工业机器人的范畴,它是机器人技术在喷涂工艺中的典型运用。由于喷涂工艺的特殊性,与一般的工业机器人相比,喷涂机器人在作业过程中其末端要求以较高的速度运动,而且在喷涂区保持速度均匀。本文设计了一种五自由度喷涂机器人,并作了以下几个方面的研究: (1)根据任务要求,在机械结构设计中采用关节型。首先对机器人工作空间进行分析,确定了机器人的连杆长度。然后对机器人驱动系统进行设计,通过对不同驱动方式的比较,确定采用步进电机驱动。最后参考同类机器人的运动参数,结合实际工作情况,确定了机器人的关节运动速度以及运动范围。 (2)根据机器人实际结构建立了D-H运动学模型,在此基础上对机器人运动学正问题和逆问题进行研究,并对运动学正反解的进行了推导。通过矢量法推导了相邻连杆坐标系间的速度关系,完成了机器人的速度分析。 (3)介绍了机器人轨迹生成的各种方法,在对机器人工作空间进行分析的基础上,确定了机器人末端关节在笛卡尔空间的路径,并对该路径进行离散,通过齐次坐标变换,求出中间点在基坐标系下的位姿。在运动学反解的基础上,将笛卡尔空间的中间点映射到关节空间,然后在关节空间对关节角进行插值。 (4)分析由静态误差引起的机器人末端位姿误差的来源,对误差源进行了分类,然后利用微分法对坐标系的微分运动进行了公式推导,最后在此基础上分别采用矩阵法和摄动法建立了机器人静态位姿误差模型。 本文设计了喷涂机器人的本体结构,对机器人运动学进行了分析,完成了误差分析与建模,并对机器人轨迹进行了规划,为机器人的结构设计以及控制奠定了基础,同时也为相关问题的研究提供了借鉴方法。


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