机器人直觉示教与快捷编程方法研究

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2、．？‘‘：指导教师：杨棲林研究员＇■：中国科学院宁波材料技术与工程研究所．．一’＿＂—＇＇—－■—＂＂．＾＾＾：Ｖ，、杞．三＇—学位类、王学标±别；：１．■’？学料专业、机械设计制造及其自动化；．培养单位；中國科学院大学宁波材料技术与工程研究所一＿‘，．．；二０—六年五月，．．．－■■／－．．．＇—／歲＇■‘‘．，．ｆ．．Ｗ“义．二广＾，‘＇－＾－－．．密级:硕士学位论文机器人直觉示教与快捷编

3、程方法研究作者姓名：赵洪震指导教师:杨桂林研究员中国科学院宁波材料技术与工程研究所学位类别:工学硕士学科专业:机械设计制造及其自动化研究所:中国科学院大学宁波材料技术与工程研究所2016年5月24日IIntuitiveTeachingandRapidProgrammingforIndustrialRobotsByHongzhenZhaoADissertationSubmittedtoUniversityofChineseAcademyofSciencesInpartialfulfillmentoftherequirementForthedegree

4、ofMasterofEngineeringNingboInstituteofIndustrialTechnology,UniversityofChineseAcademyofSciencesMay,2016II摘要摘要机器人是继汽车、计算机之后又一改变人类工作和生活的高新技术。随着劳动成本的增加以及人们对生活质量要求的提高，工业机器人在现代的生产和制造业中发挥着着重要的作用。然而，由于机器人的应用技术一直以来没有得到足够的重视，导致工业机器人的设计生产与其开发应用脱节，使得工业机器人一直以来没有得到广泛的应用和普及。机器人示教技术作为机器人应用技术

5、的重要一环，在机器人的开发与应用中发挥着举足轻重的作用。但是由于传统的示教方案存在着开发成本高，工作周期长，操作复杂等弊端，已经无法适应当前工业生产的需要。本文针对工业机器人示教中存在的问题，提出一种全新的工业机器人示教方案，目的在于提高快速示教易用性的同时，保证机器人的绝对示教精度，增强机器人自我感知能力、缩短示教时间、提高示教精度以及降低用户使用难度。本文开展了机器人的直觉示教与快捷编程方法研究。在现有的机器人离线编程示教基础上，提出了一种更加实用、简洁、高效的示教思想，首先利用机器人运动学标定与误差补偿技术提高机器人的绝对定位精度，然后利用现

6、场传感器实时感知工件的空间位置，将虚拟环境下的工件模型定位到现实环境中，定位完成后再以离线的方式对目标工作轨迹进行运动规划，这样一来离线规划的工作轨迹就可以准确的转化为机器人的运动轨迹，以此达到机器人示教的任务。本文的研究工作主要体现在以下几个方面：机器人离线标定与在线误差补偿：根据指数积公式中关节旋量坐标的理论值和实际值之间的伴随变换关系，将机器人运动学方程改写成包含有关节约束条件的等价形式。对运动学方程取微分得到名义关节坐标系的位置误差与末端连杆的定位误差之间的线性化模型，基于最小二乘法完成运动学参数辨识。同时针对目前大部分机器人控制器的封闭性

7、问题，提出一种前处理的补偿算法，实现了机器人的在线误差补偿，使机器人的绝对定位精度大大提高。机器人离线编程与在线误差补偿：利用三坐标数据精确获取技术以及本文所提出的基于微分几何理论的3D匹配算法，完成了虚拟工件在现实环境中的准确定位，示教过程中对三维模型进行的虚拟仿真操作可以实时转化为机器人的运动轨迹。与目前的离线编程方法相比，本系统包含了虚拟工件在现实环境中的实时定位技术，因此即使工件与机器人的相对位置发生了变化，也不会影响机器人的示教精度，这在提高整体示教精度的同时，又缩短了示教时间和提高了工作效率。作者在继承了机器人学及相关学科前沿成果的基础

8、上，提出了一些新的理论和方法，并将其应用到机器人示教过程中去，基于算法的有效性，系统简化了动态环境的建模，只需要建立虚拟的