六自由度工业机器人定位误差参数辨识及补偿方法的研究

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1、博士学位论文六自由度工业机器人定位误差参数辨识及补偿方法的研究作者姓名杜亮学科专业机械设计及理论指导教师张铁教授所在学院机械与汽车工程学院论文提交日期2016年5月IdentificationofParameterandCompensationMethodforPositioningErrorofSix-Degree-of-FreedomIndustrialRobotADissertationSubmittedfortheDegreeofDoctorofPhilosophyinMechanicalEngineeringCandidate：DuLiangSupervisor：Prof

2、.ZhangTieSouthChinaUniversityofTechnologyGuangzhou,China分类号：TP241学校代号：10561学号：201010100869华南理工大学博士学位论文六自由度工业机器人定位误差参数辨识及补偿方法的研究作者姓名：杜亮指导教师姓名、职称：张铁教授申请学位级别：工学博士学科专业名称：机械设计及理论研究方向：机器人设计理论及工程应用论文提交日期：2016年5月日论文答辩日期：2016年5月30日学位授予单位：华南理工大学学位授予日期：年月日答辩委员会成员：主席：邵明委员：张铁民、黄汉雄、张铁、邱志成华南理工大学学位论文原创性声明

3、本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。除了文中持别加臥标注弓的内容外，本论文不包含任！用何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贵献的个人和集体，均已在文中Ｗ明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。作者签名：啦赵日期：如＾年ｆ月之口日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，目日：硏究生在校攻读学位期间论文工作的知识产权单位属华南理工大学。学校有权保存并向国家有关部口或机构送交论文的复印件和电子版，允许学位论文被查阅（除在保密期

4、内的保密论文外）；学校可公布学位论文的全部或部分内容，可臥允许采用影印、缩印或其它复制手段保存、汇编学化论文一。本人电子文档的内容和纸质论文的内容相致。本学位论文属于：□保密，在年解密后适用本攪权书。试木保密，同意在校园网上发布，供校内师生和与学校有共享协议的单位浏览，同意将本人学位论文提交中国学术期刊（光盘版）电子杂志社全文出版和编入ＣＮＫＩ《中国知识资源总库），传播学位论文的全部或部分内容。＂＂＾＞１上相应方框内打Ｖ（请在＾）作者签名；女旁日期：Ａ指导教师签名：讀傲ＢＭｙｏｉＬｓ．Ｕ摘要现代工业技术的进步促进了机器人性能

5、的不断提高，对工业机器人精度要求也不断提高。特别是离线编程机器人广泛应用，使定位精度问题日益突出。为了提高机器人定位精度，即减小机器人的实际位姿和名义位姿间的误差，利用统计分析方法改进了运动学误差和非几何误差辨识方法，并根据机器人误差源的分类提出了工业机器人误差补偿策略。本文研究了描述机器人末端位姿误差的完整的运动学误差参数选择，并建立运动学误差参数模型。基于Hayati方法修改Khalil的D-H齐次坐标矩阵，建立了各关节的运动学误差参数模型，基于Stone模型建立了基础坐标系和工具坐标系的误差模型。研究了机器人位置误差测量方法、测量坐标系和机器人坐标系的坐标转换方法，提出通过3

6、个位置点测量机器人姿态误差的方法。基于机器人的正运动学和逆运动学方程，提出运动学误差采用正运动学补偿方法，非几何误差采用逆运动学误差补偿方法的策略。研究了两种辨识运动学误差的方法，分别为轴线误差辨识方法和运动学误差参数模型的辨识方法。建立机器人各单关节误差到末端误差的映射，对机器人各关节单轴运动产生的末端误差进行了统计分析，利用统计结果确定了轴线法辨识机器人实际的运动学参数建立坐标系的次序。研究多点拟合空间圆的轴线方向和圆心的方法，根据所获得的各关节轴线特征，依次建立了机器人各关节实际的坐标系，并反向求解获得Hayati修改的D-H模型实际参数的方法。提出了统一的位置和姿态误差辨识

7、运动学误差参数的模型，根据位置误差和位姿误差辨识机器人的运动学误差参数；提出了距离误差辨识运动学误差参数的方法。研究了运动学误差的扩展雅克比矩阵逐项分析线性相关列向量的方法，以及剔除冗余运动学误差参数的方法，改进了从基坐标系到工具坐标系依次剔除冗余误差参数的准则，提出依据末端误差统计分析结果剔除精度高的冗余误差参数的准则，分析得到位姿误差可辨识的28个无冗余运动学误差参数，位置误差可辨识的25个无冗余运动学误差参数。采用矩阵奇异值分解的方法（SVD方法），改进了扩展雅