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工业机器人结构设计注意事项

2015-03-04 点击数:1082
      目前各大工业机器人厂家提供的六轴关节机器人结构从外观上看大同小异,相差不大,从本质上来说,其结构应该都是一致的,即其第一关节旋转轴(基座旋转轴)、第四关节旋转轴、第六关节旋转轴(手腕端部法兰安装盘的旋转中心)在同一个平面内;第二关节旋转轴、第三关节旋转轴以及第五关节旋转轴互相平行,而且与前面提到到平面垂直;另外,还需要保证第四关节旋转轴线、第五关节旋转轴线以及第六关节旋转轴线相交于一点。采用该种结构的工业机器人可以使得其运动学算法最为简单可靠。设计的机器人要保证高的定位精度,就必须尽可能的满足上述条件,通过机械加工及装配精度来保证最终的机器人运行精度控制在一定范围内。如果机器人的结构与此差别较大的话,机器人的运动学算法就不能或很难用DH算法求出逆向运动学的封闭解,而得另辟蹊径,也许可以写出新的算法,但算法可能会较DH算法复杂,运行效率不高,难以满足实际的生产应用的需求。
  当然,以上提出的关于各个轴之间的相互位置关系(理想模型)要求在实际的加工装配中不可能实现,加工精度所提出的公差范围以及装配误差,都会使实际的机器人模型与理想模型之间产生偏差,这就涉及到机器人的校准。要对机器人校准,一般采用修正的DH算法来对机器人建模(普通的DH算法存在缺陷,后面的文章将会对DH算法缺陷及修正的DH算法进行介绍),建立末端工具坐标系与关节转角之间的微分关系。目前机器人校准算法主要有开环校准算法和闭环校准算法两类,开环校准算法需要采用高精度的外部测量装置测量末端工具坐标系的位姿,而闭环校准算法基本不需要外部测量装置,闭环校准算法主要有基于单个平面约束和多个平面约束的算法,以及基于单个位置点不同位姿模式的算法,其中基于单个平面约束的算法又包括平面方程已知和平面方程未知两种算法,这些算法都离不开修正的DH运动学模型。关于机器人的校准算法,有时间在后面单独的话题中继续完善。有了DH正向及逆向运动学算法,以及机器人校准算法,就可以实现机器人高精度定位(高定位精度,不是重复定位精度)。目前的机器人都需要校准算法,毕竟实际的机器人运动学模型很难符合理想的DH运动学模型。
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