六自由度工业机器人本体结构设计及运动学分析

摘要

工业机器人是机械技术和电子技术相结合的高科技产品。对实现制动化生产线、提高劳动生产率、改善产品质量起着巨大的推动作用。
　　本文采用交流伺服电动机驱动，摆线针式减速器和谐波减速器传动的方案。根据空间分布和工作要求，对电动机、减速器等标准件进行选型，基于模块化的概念完成了六自由度工业机器人的本体结构设计。同时，运用D-H矩阵表示法，建立了六自由度焊接机器人的正运动学方程，并采用ADMAS软件进行了运动学分析，为样机结构设计提供了理论依据。
　　针对机器人的结构特点，分析了影响机器人末端位置定位的误差源，采用微分变换法推导了机器人的标定误差模型，并用最小二乘法对误差模型进行了求解，验证了机器人标定误差模型的可行性。在建立的误差标定模型的基础上，利用激光跟踪仪对六自由度机器人进行了标定实验，通过对数据处理和实验结果的分析，对六自由度机器人的运动学参数误差进行了补偿，提高了机器人的绝对定位精度。
　　最后对机器人大臂进行ANSYS模态分析，研究其动态特性，为针对发现的薄弱环节对各模块或零件进行改进提供了前提条件。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 工业机器人的发展状况

1．2 机器人运动学国内外研究发展现状

1．3 课题研究意义

1．4 课题的研究内容

第二章 六自由度机器人本体结构设计

2．1 工业机器人的基本技术要求

2．1．1 工业机器人的自由度

2．1．2 工业机嚣人的工作空间

2．1．3 工业机器人的性能指标

2．2 六自由度机器人结构设计

2．2．1 S关节的设计

2．2．2 L、U关节设计

2．2．3 R关节设计

2．2．4 B、T关节设计

2．2．5 机器人总体效果图

2．3 本章小结

第三章 六自由度机器人运动学分析

3．1 机器人的位姿描述

3．1．1 位置描述

3．1．2 姿态描述

3．2 坐标系到坐标系的变换

3．2．1 平移坐标系的变换

3．2．2 旋转坐标系的变换

3．2．3 一般坐标系的变换

3．3 机器人连杆D．H坐标变换

3．3．1 连杆描述

3．3．2 连杆连接描述

3．3．3 连杆附加坐标系

3．3．4 连杆变换

3．4 六自由度机器人正运动学分析

3．4．1 六自由度机器人参数及其坐标系的建立

3．4．2 运动学仿真

3．5 本章小结

第四章 六自由度机器人误差建模

4．1 机器人误差种类

4．2 机器人运动学标定方法

4．2．1 运动学标定

4．2．2 误差模型建立

4．3 实验验证

4．4 本章小结

第五章 MOTOMAN．PH6机器人运动学标定试验

5．1 激光跟踪仪标定原理

5．2 MOTOMAN．PH机器人误差方程

5．3 试验设计

5．3．1 数据采集前期准备

5．3．2 机器人基坐标系的测量

5．4 数据处理

5．4．1 误差补偿及二次标定

5．4．2 结果分析

5．5 本章小结

第六章 大臂的动态性能研究

6．1 引言

6．1．1 模态分析技术概述

6．1．2 模态分析的理论基础

6．2 工业机器人大臂的模态分析

6．2．1 模态分析方法

6．2．2 大臂的模态分析

6．3 本章小结

第七章 总结和展望

7．1 总结

7．2 展望

参考文献

致谢