考虑柔性变形和关节相关误差的重型自动铺纤机器人建模与标定方法

摘要整理

工业机器人的精度对许多制造应用至关重要。本研究针对自主研发的重型自动铺纤机器人进行精度改进，该机器人用于碳纤维复合材料预浸料的铺放工艺，需要高定位精度。机器人本体质量超过3吨，末端执行器质量超过1吨，由于体积和质量巨大，导致产生显著的变形和其他误差。尽管机器人体型庞大，但其应用工况要求高精度，定位精度需控制在0.5 mm以内。本文对机器人关节误差进行了全面分析，以改善机器人的定位精度。建立了关节扭转和倾覆变形模型，推导了关节变形的倾覆力矩和倾覆轴，确定了关节坐标系之间的变换关系。采用切比雪夫多项式描述关节相关误差，使用Levenberg-Marquardt（L-M）算法识别误差模型参数。对不同误差因素对定位精度的影响进行了对比分析。验证结果表明，所提模型可解释88.11%的定位误差，标定后的平均残差可达0.132 mm。识别出的关节相关误差和柔性变形误差分别为0.296 mm和0.240 mm，分别占定位误差的26.67%和21.62%。

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