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提高大型激光加工機(jī)器人精度的方法

作者: 時(shí)間:2013-09-16 來源:網(wǎng)絡(luò) 收藏


圖4 z梁支架在x方向的應(yīng)變分布


圖5 z梁支架在y方向的應(yīng)變分布


圖6 z梁支架在z方向的應(yīng)變分布



圖7 z梁支架在x方向的應(yīng)力分布


圖8 z梁支架在y方向的應(yīng)力分布


圖9 z梁支架在z方向的應(yīng)力分布

在圖中,x方向跟x梁的方向是一致的,y方向即是y梁的方向,z方向是垂直向下的。在圖4中,我們可以看到,在各個(gè)支撐板上,都承受了很大的應(yīng)力,因而變形量也很大。而圖5則說明由于z梁的作用力,使得固定z梁的板發(fā)生了變形,在模擬中,我們可以得到最大變形是0.2×10-8m,這樣就保證了z梁的垂直度。圖6是z梁支架在垂直方向即z方向上的變形,通過應(yīng)變的分布可以看出,z梁固定板在z方向上的變形很小,而且比較相近,大約在0.2~0.7×10-9m左右,對(duì)垂直方向的尺寸影響很小。圖7、8、9則是從應(yīng)力方面來說明這個(gè)問題。

總之,從應(yīng)力和應(yīng)變兩方面的分析結(jié)果來看,我們對(duì)z梁支架這個(gè)關(guān)鍵的零件的設(shè)計(jì)是合理的。

4 誤差模型(Roboterrormodel)

4.1 誤差補(bǔ)償方法

在進(jìn)行誤差補(bǔ)償及標(biāo)定時(shí),首先要考慮問題。在示教再現(xiàn)作業(yè)方式下,操作者移動(dòng)機(jī)器人末端執(zhí)行器到指定位置,然后通過機(jī)器人控制器記錄下此時(shí)末端執(zhí)行器的位姿,通常就是電機(jī)的碼盤值。然后,機(jī)器人可以“再現(xiàn)”已經(jīng)記錄的運(yùn)動(dòng)方式和編程順序。在這種編程方式下,機(jī)器人的重復(fù)是主要的特性參數(shù),現(xiàn)在大多數(shù)商品化工業(yè)機(jī)器人都是以這種方式工作,其重復(fù)精度在整個(gè)工作空間上都可以達(dá)到毫米數(shù)量級(jí)。因此,就精度問題來說,示教再現(xiàn)方式可以使機(jī)器人很好的工作。而對(duì)于機(jī)器人來說,它的工作方式不是采用示教再現(xiàn)方式,而是采用離線編程方式,這時(shí)機(jī)器人的絕對(duì)精度成為關(guān)鍵指標(biāo)。一般而言,機(jī)器人的絕對(duì)精度要比重復(fù)精度低一到兩個(gè)數(shù)量級(jí),在如此低的精度下,機(jī)器人是無論如何也不能滿足工作需要。造成這種情況的原因主要是機(jī)器人控制器根據(jù)機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)學(xué)模型來確定機(jī)器人末端執(zhí)行器的位置,而這個(gè)理論上的模型與實(shí)際機(jī)器人的物理模型存在一定誤差。因此,對(duì)機(jī)器人運(yùn)動(dòng)學(xué)模型進(jìn)行誤差補(bǔ)償進(jìn)而提高機(jī)器人的絕對(duì)精度是目前機(jī)器人技術(shù)領(lǐng)域急需解決的問題。

一般情況下,機(jī)器人誤差分為幾何誤差和非幾何誤差。其中幾何誤差包括桿件參數(shù)誤差,理論參考坐標(biāo)系與實(shí)際基準(zhǔn)坐標(biāo)系的誤差、關(guān)節(jié)軸線的不平行度、零位偏差等;非幾何因素包括關(guān)節(jié)和連桿的彈性形變、齒輪間隙、齒輪傳動(dòng)誤差、熱形變等。如果對(duì)機(jī)器人的幾何誤差進(jìn)行了很好的補(bǔ)償,絕對(duì)精度就可以大大提高,只有對(duì)于特定的需要提高絕對(duì)精度的應(yīng)用時(shí)才考慮進(jìn)行非幾何誤差的補(bǔ)償。

要提高機(jī)器人的絕對(duì)精度,可以從兩方面入手,一是采用“避免”誤差的方法,即針對(duì)產(chǎn)生機(jī)器人誤差的各種誤差源,采用高精密加工手段加工機(jī)器人各零部件,結(jié)合高精密裝配技術(shù)進(jìn)行裝配。二是采用綜合補(bǔ)償技術(shù),即采用現(xiàn)代的測(cè)量手段,對(duì)所測(cè)得的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析,輔以適當(dāng)?shù)难a(bǔ)償算法,對(duì)機(jī)器人的誤差進(jìn)行補(bǔ)償以達(dá)到減小誤差的目的。

由于機(jī)器人的精度要求很高,需要采用多種方法進(jìn)行誤差綜合補(bǔ)償。首先采用“避免”誤差的方法。在機(jī)器人的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中,采用合理的結(jié)構(gòu),使機(jī)器人的變形盡可能小。在加工制造過程中,關(guān)鍵的部件采用高精度的加工技術(shù)和裝配工藝。但是該方法對(duì)機(jī)器人經(jīng)過運(yùn)行,產(chǎn)生由于機(jī)械磨損、元件性能降低以及構(gòu)件自身動(dòng)態(tài)特性等因素帶來的誤差則無能為力。其次通過綜合補(bǔ)償技術(shù)來進(jìn)一步提高機(jī)器人精度。即根據(jù)實(shí)際測(cè)量的機(jī)器人誤差,在機(jī)器人模型中引入恰當(dāng)?shù)难a(bǔ)償算法,來減小機(jī)器人的誤差,實(shí)現(xiàn)改善和提高機(jī)器人精度的目的。

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