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6自由度機器人關(guān)節間隙誤差分析及仿真
作者：
時(shí)間：2014-02-13
來(lái)源：網(wǎng)絡(luò )
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軌跡試驗
現讓機器人繪制一正方形，以驗證機器人整體性能。
機器人末端固定一黑色油性筆，工作平臺上放置一白色帶灰色條紋瓷磚，見(jiàn)圖4所示，以便于機器人在其上繪圖。
圖4 機器人軌跡試驗圖
機器人末端姿態(tài)采用zyz歐拉角表示，單位為度；坐標單位為毫米，在直角坐標空間對機器人末端執行器坐標設置如下：
第一點(diǎn)：坐標(350,0,5)，姿態(tài)(0,180,0)；
第二點(diǎn)：坐標(450,0,5)，姿態(tài)(0,180,0)；
第三點(diǎn)：坐標(450,100,5)，姿態(tài)(0,180,0)；
第四點(diǎn)：坐標(350,100,5)，姿態(tài)(0,180,0)；
第五點(diǎn)：坐標(350,0,5)，姿態(tài)(0,180,0)；
其中，第一點(diǎn)與第五點(diǎn)重合以保證繪制出一封閉正方形。
將直角空間坐標轉換為關(guān)節空間坐標。機器人根據生成的關(guān)節坐標進(jìn)行正方形繪制。各點(diǎn)位置以及繪制結果如圖5所示。
圖5 機器人繪制軌跡圖
結果顯示，機器人所繪制軌跡為一平形四邊形，存在以下問(wèn)題：
● 第1點(diǎn)與實(shí)際點(diǎn)偏移2mm；
● 邊12和邊34與期望軌跡夾角為2°；
● 邊23和邊41與期望軌跡有近1度偏移；
● 軌跡線(xiàn)條不均勻。
誤差分析
機器人的結構設計與裝配對整體的性能影響很大，在對程序、電器部分排查后，將誤差的原因鎖定在結構部分。
機器人第一關(guān)節電機安裝在基座上，其余5個(gè)關(guān)節電機安裝在同一個(gè)方向，見(jiàn)圖2坐標系x0y0z0中x0負向，重量集中在該方向。
用手晃動(dòng)每個(gè)關(guān)節，發(fā)現第二關(guān)節(見(jiàn)圖2 坐標系x2y2z2)存在關(guān)節間隙，該間隙主要是軸承軸向間隙引起。初步判斷機器人軌跡偏移可能是由于第2個(gè)關(guān)節的間隙產(chǎn)生，機器人手臂重量導致手臂向間隙方向有一定角度的滾翻，即繞x0軸逆時(shí)針轉動(dòng)一微小角度。
建模仿真
現增加一虛擬關(guān)節，等效機械手臂的滾翻。虛擬關(guān)節軸線(xiàn)垂直于第2關(guān)節的軸線(xiàn)方向，建立圖6所示的相關(guān)機器人坐標系。
圖6 增加虛擬關(guān)節機器人坐標系
其中：z0為基座原點(diǎn)，坐標系x2y2z2為機器人第2關(guān)節坐標系，坐標系xmymzm為增加的機器人虛擬關(guān)節坐標系，軸線(xiàn)zm垂直于關(guān)節2軸線(xiàn)z2。
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