工业机器人加工中的精度控制方法研究

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当前，工业机器人广泛应用于焊接件磨平[1、铸造件去毛边12]、冲压件去毛刺3]、轮毂 、模具和复杂外形零件的抛光圈等加工中，与工业机器人焊接[6j、喷涂17、上下料8、码垛[91相比，工业机器人加工需要更高的精度。现阶段，工业机器人加工中的示教编程方法制约着加工精度的提高。所谓示教编程是操作者利用示教盒控制工业机器人运动到-个编程点，操作者通过观察调整好工业机器人的位置和姿态，记录下该编程点，重复上述过程，记录下-系列编程点，工业机器人利用这-系列编程点自动生成工业机器人程序。但是，示教编程存在以下的缺点：其-，工业机器人的工作精度撒于操作者的观察和经验，精度低；其二，编程在现厨行，占用工业机器人工作时间。

所谓软件编程是在软件中导人工业机器人模型、夹具模型、被加工零件模型和加工零件的机床模型，然后在被加工零件模型表面上取点，由软件根据所取点自动生成工业机器人轨迹程序。软件编程具有以下的优点 ：其-，利用工业机器人模型编程，不需要操作实际工业机器人，可远离工业机器人现场编程，编程也不占用工业机器人的工作时间；其二，软件编程是在被加工零件模型表面取点，其位置和姿态精度高，理论上的轨迹误差为零。

虽然软件编程可以获得高精度，但要想在高编程精度基础上获得高工作精度，需要建立软件空间中的各模型与实际空间中的各模型对象的-致性，即软件中的工业机器人模型、被加工零件模型、加工零件的机床模型与实际空间中的工业机器人、被加工零件、加工零件的机床之间的位置和姿态-致。

本文首先利用力传感器对实际空间中各对象间的位置与姿态进行标定，求取两两对象间的位置和姿态误差；其次，利用标定时求取的位置与姿态误差，调整软件中各模型间的位置与姿态，使实际空间中的各对象位置、姿态与软件空间中的各对象模型的位置、姿态关系-致。本文研究的方法也可以应用到机器人辅助手术中，因为机器人辅助手术系统中存在计划空间(相当于软件编程空间)和实际机器人空间，需要利用两空间的-致性保证手术的准确性。

1 标定用力传感器原理图1为设计的力传感器，其由圆环和两组梁组成，两组梁分别为固定梁和浮动梁，两组梁上安装有应变片。固定梁的两端分别与圆台和圆环相连，而浮动梁-端与圆台相连，-端与圆环接触。圆环可以绕转轴转动，从而压浮动梁上的应变片，当圆环受 F向力时，该力通过转轴传递给固定梁上的应变片，即浮动梁上的应变片检测圆环的偏转，而固定梁上的应变片检测圆环的平移。利用该力传感器可以标定工业机器人、夹具、加工零件的机床之间的位置和姿收稿日期：2012-10-08基金项目：国家自然科学基金资助项目(61172046)作者简介：何功汉(1988-)，男，辅福清人，厦门大学机电工程系硕士研究生，研究方向为机器人技术；通讯作者：席文明(1965-)，男，江苏人，教授，研方向：机器人学 、机器视觉、微机电系统。