摘 要：通過6R機(jī)器人軌跡偏移分析，對機(jī)器人關(guān)節(jié)間隙進(jìn)行建模仿真擅揖，重現(xiàn)了實(shí)際繪制軌跡偏移蔚便。確定跡偏移原因，指導(dǎo)機(jī)器人結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)改進(jìn)，提高機(jī)器人精度廊散。

Abstract：Analsys the trace offset of the 6R robot,build the model of joint clearance,according to the simulation reappear the trace offset, get the result and then guide the structure reform桑滩，so get better performance.

Key words：Robot; joint clearance; model;simulation

1 系統(tǒng)介紹

　　深圳市眾為興數(shù)控技術(shù)有限公司自主研發(fā)設(shè)計(jì)的MR601機(jī)器人，是一款集工業(yè)教學(xué)應(yīng)用于一體的MIN I型6自由度機(jī)器人允睹，如圖1所示运准，對應(yīng)連桿坐標(biāo)系見圖2。

　　該機(jī)器人采用基于PC機(jī)的開放式控制系統(tǒng)缭受，控制系統(tǒng)如下圖3所示胁澳。

圖3 MR601機(jī)器人控制系統(tǒng)架構(gòu)

　　控制系統(tǒng)軟件采用VC6.0開發(fā)，具有點(diǎn)位米者、空間直線听哭、空間曲線運(yùn)動功能，可以實(shí)現(xiàn)關(guān)節(jié)坐標(biāo)編程和空間直角坐標(biāo)編程塘雳，空間直角坐標(biāo)與關(guān)節(jié)坐標(biāo)相互轉(zhuǎn)換陆盘。

2 軌跡試驗(yàn)

　　現(xiàn)讓機(jī)器人繪制一正方形，以驗(yàn)證機(jī)器人整體性能败明。

　　機(jī)器人末端固定一黑色油性筆丰搞，工作平臺上放置一白色帶灰色條紋瓷磚，見下圖4所示讼狗，以便于機(jī)器人在其上繪圖稚铡。

圖4機(jī)器人軌跡試驗(yàn)圖

　　機(jī)器人末端姿態(tài)采用ZYZ歐拉角表示，單位為度;坐標(biāo)單位為毫米硝闸，在直角坐標(biāo)空間對機(jī)器人末端執(zhí)行器坐標(biāo)設(shè)置如下：

　　第一點(diǎn)：坐標(biāo)（350,0,5）,姿態(tài)（0,180,0）;

　　第二點(diǎn)：坐標(biāo)（450,0,5）,姿態(tài)（0,180,0）;

　　第三點(diǎn)：坐標(biāo)（450,100,5）,姿態(tài)（0,180,0）;

　　第四點(diǎn)：坐標(biāo)（350,100,5）,姿態(tài)（0,180,0）;

　　第五點(diǎn)：坐標(biāo)（350,0,5）,姿態(tài)（0,180,0）;

　　其中旺哀，第一點(diǎn)與第五點(diǎn)重合以保證繪制出一封閉正方形。

圖5機(jī)器人繪制軌跡圖

　　將直角空間坐標(biāo)轉(zhuǎn)換為關(guān)節(jié)空間坐標(biāo)硼挡。機(jī)器人根據(jù)生成的關(guān)節(jié)坐標(biāo)進(jìn)行正方形繪制恤朝。各點(diǎn)位置以及繪制結(jié)果如下圖5所示。

　　結(jié)果顯示版绢，機(jī)器人所繪制軌跡為一平形四邊形棕虫，存在以下問題：

　　（1） 第1點(diǎn)與實(shí)際點(diǎn)偏移2mm;

　⌒（2） 邊12和邊34與期望軌跡夾角為2度;

　〉谡堋（3） 邊23和邊41與期望軌跡有近1度偏移;

　　（4） 軌跡線條不均勻颜懊。

3 誤差分析

　　機(jī)器人的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與裝配對整體的性能影響很大财岔，在對程序、電器部分排查后河爹，將誤差的原因鎖定在結(jié)構(gòu)部分匠璧。

　　機(jī)器人第一關(guān)節(jié)電機(jī)安裝在基座上，其余5個關(guān)節(jié)電機(jī)安裝在同一個方向，見圖2坐標(biāo)系X0Y0Z0中X0負(fù)向患朱，重量集中在該方向鲁僚。

　　用手晃動每個關(guān)節(jié)，發(fā)現(xiàn)第二關(guān)節(jié)（見圖2 坐標(biāo)系X2Y2Z2）存在關(guān)節(jié)間隙裁厅，該間隙主要是軸承軸向間隙引起冰沙。初步判斷機(jī)器人軌跡偏移可能是由于第2個關(guān)節(jié)的間隙產(chǎn)生，機(jī)器人手臂重量導(dǎo)致手臂向間隙方向有一定角度的滾翻执虹，即繞X0軸逆時針轉(zhuǎn)動一微小角度拓挥。

4 建模仿真

　　現(xiàn)增加一虛擬關(guān)節(jié)，等效機(jī)械手臂的滾翻袋励。虛擬關(guān)節(jié)軸線垂直于第2關(guān)節(jié)的軸線方向侥啤，建立圖6所示的相關(guān)機(jī)器人坐標(biāo)系。

圖6 增加虛擬關(guān)節(jié)機(jī)器人坐標(biāo)系

　　其中：Z0為基座原點(diǎn)接碘，坐標(biāo)系X2Y2Z2為機(jī)器人第2關(guān)節(jié)坐標(biāo)系弦蜀，坐標(biāo)系XmYmZm為增加的機(jī)器人虛擬關(guān)節(jié)坐標(biāo)系，軸線Zm垂直于關(guān)節(jié)2軸線Z2班域。

　　根據(jù)圖6的坐標(biāo)系建立機(jī)器人空間運(yùn)動方程栋负。根據(jù)邊線12和邊線34的偏移角度，假定虛擬關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)2度巨啤，其狀態(tài)在運(yùn)動過程中不發(fā)生變化倒忌。進(jìn)行MATLAB動態(tài)仿真，仿真結(jié)果如下圖抖躺。

　　由圖7的仿真圖與圖5的實(shí)際軌跡圖對比可知涉床，兩者的軌跡走向基本一致;從圖8的Z向誤差圖可以得知，機(jī)械間隙導(dǎo)致Z向有近0.1mm的變化勇斜。

　　由仿真分析結(jié)果可以斷定迅忆，軌跡偏移主要由第2關(guān)節(jié)的軸承間隙引起。

　　從直觀角度分析：（1）關(guān)節(jié)間隙導(dǎo)致機(jī)器人手臂有一定范圍的滾翻壶缚，翻滾角度不變皿港，隨著手臂的展開偏移誤差不斷增大荧关，導(dǎo)致邊線傾斜溉奕。（2）Z向誤差導(dǎo)致筆尖上下移動，線條軌跡不均勻忍啤。

5 后記

　　本方法將關(guān)節(jié)間隙等效為一個旋轉(zhuǎn)一定角度的虛擬關(guān)節(jié)加勤，在定性分析的同時，得到關(guān)節(jié)間隙對機(jī)器人精度的量化誤差同波。

　　根據(jù)建立的誤差方程求解機(jī)器人的逆解鳄梅，部分關(guān)節(jié)軌跡為復(fù)數(shù)解。說明通過算法對于該誤差的補(bǔ)償很有限，機(jī)器人整體機(jī)械結(jié)構(gòu)是決定機(jī)器人精度的關(guān)鍵因素戴尸。

　　對第2關(guān)節(jié)的軸承進(jìn)行調(diào)整粟焊，軌跡偏移問題得到解決，可以繪制出規(guī)則的圖形孙蒙。

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