6自由度機(jī)器人關(guān)節(jié)間隙誤差分析及仿真
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軌跡試驗(yàn)
現(xiàn)讓機(jī)器人繪制一正方形，以驗(yàn)證機(jī)器人整體性能。
機(jī)器人末端固定一黑色油性筆，工作平臺(tái)上放置一白色帶灰色條紋瓷磚，見圖4所示，以便于機(jī)器人在其上繪圖。
圖4 機(jī)器人軌跡試驗(yàn)圖
機(jī)器人末端姿態(tài)采用zyz歐拉角表示，單位為度；坐標(biāo)單位為毫米，在直角坐標(biāo)空間對機(jī)器人末端執(zhí)行器坐標(biāo)設(shè)置如下：
第一點(diǎn)：坐標(biāo)(350,0,5)，姿態(tài)(0,180,0)；
第二點(diǎn)：坐標(biāo)(450,0,5)，姿態(tài)(0,180,0)；
第三點(diǎn)：坐標(biāo)(450,100,5)，姿態(tài)(0,180,0)；
第四點(diǎn)：坐標(biāo)(350,100,5)，姿態(tài)(0,180,0)；
第五點(diǎn)：坐標(biāo)(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(biāo)轉(zhuǎn)換為關(guān)節(jié)空間坐標(biāo)。機(jī)器人根據(jù)生成的關(guān)節(jié)坐標(biāo)進(jìn)行正方形繪制。各點(diǎn)位置以及繪制結(jié)果如圖5所示。
圖5 機(jī)器人繪制軌跡圖
結(jié)果顯示，機(jī)器人所繪制軌跡為一平形四邊形，存在以下問題：
● 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；
● 軌跡線條不均勻。
誤差分析
機(jī)器人的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)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(jié)構(gòu)部分。
機(jī)器人第一關(guān)節(jié)電機(jī)安裝在基座上，其余5個(gè)關(guān)節(jié)電機(jī)安裝在同一個(gè)方向，見圖2坐標(biāo)系x0y0z0中x0負(fù)向，重量集中在該方向。
用手晃動(dòng)每個(gè)關(guān)節(jié)，發(fā)現(xiàn)第二關(guān)節(jié)(見圖2 坐標(biāo)系x2y2z2)存在關(guān)節(jié)間隙，該間隙主要是軸承軸向間隙引起。初步判斷機(jī)器人軌跡偏移可能是由于第2個(gè)關(guān)節(jié)的間隙產(chǎn)生，機(jī)器人手臂重量導(dǎo)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(zhuǎn)動(dòng)一微小角度。
建模仿真
現(xiàn)增加一虛擬關(guān)節(jié)，等效機(jī)械手臂的滾翻。虛擬關(guān)節(jié)軸線垂直于第2關(guān)節(jié)的軸線方向，建立圖6所示的相關(guān)機(jī)器人坐標(biāo)系。
圖6 增加虛擬關(guān)節(jié)機(jī)器人坐標(biāo)系
其中：z0為基座原點(diǎn)，坐標(biāo)系x2y2z2為機(jī)器人第2關(guān)節(jié)坐標(biāo)系，坐標(biāo)系xmymzm為增加的機(jī)器人虛擬關(guān)節(jié)坐標(biāo)系，軸線zm垂直于關(guān)節(jié)2軸線z2。
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