位置误差对关节式工业机器人末端精度的影响研究
                                                         邢强，许超
                                          (东南大学机械工程学院，江苏 南京211189)
    由于关节式工业机器人零部件的加工误差及装配、安装的误差，导致机器人在运动中末端的执行精度不尽如人意。详细研究了机器人零部件的位置误差对末端精度的影响，可以为机器人零部件设计和制造公差的设置与优化提供重要的参考依据。

    在制造业面临升级压力和人口红利减少的情况下，越来越多的行业加快了推进“机器人替代人”的过程。在《中国制造2025》的助力下，各地的机器人产业呈现出蓬勃发展的势头［1，在当地政府的积极扶持下，众多企业上马了机器人项目。数据显示［2］，2014年我国共销售工业机器人5.6万台，其中本土供应商的销量为1.6万台，因此国内机器人生产商的市场上升空间仍然很大。根据调研，一方面国产的机器人种类繁多、价格低廉，可基本满足中低层消费市场的需求；另一方面，生产的机器人存在绝对定位精度差、高速运动下振动严重等问题，严重制约着国产机器人向高端市场的发展。针对此现状，研究解决机器人的误差问题成为热点。
近年来，许多学者针对机器人的精度问题展开了广泛的研究［3-4。吴洪涛等［5］给出了影响机器人定位精度的众多因素，指出机器人的运动学及动力学参数误差、环境引入的误差和系统误差是机器人误差的几大来源，运用多体系统动力学的方法对由机器人的传动特性所引起的关节动态误差进行了分析和误差补偿。黄松等［6］通过使用矩阵法建立机器人运动学参数误差模型，从零件制造误差、安装误差及关节间隙3个方面分析了机器人运动学参数对定位精度的影响，将所有误差综合考虑进行全误差分析。综合现有的文献，大多数的研究主要着眼于运动学参数误差对末端精度的综合影响以及误差的事后补偿，而在机器人零件的设计与制造过程中导致末端误差的研究和分析较为缺乏。

   事实上，误差是必然的，但较大误差的存在反映了具体机器人在设计理论和制造工艺及技术上的不足，同时误差补偿的控制在较高工作要求和连续控制的机器人运动中仍然是有限的，因此研究如何在设计阶段合理给出机器人设计参数及其误差理论对提升机器人的设计和制造理论有重要的意义。

1相邻轴线特殊位置关系的扰动为了逐一分析零件的制造误差对运动学参数的影响，从而得到机器人每个零件制造误差对末端精度的影响程度（即零件制造误差的敏感度），首先需要对复杂结构进行分析。对于常见的关节式工业机器人而言，如图1所示，由于大臂和转座的两关节的轴线位置关系比较特殊，即大臂的两关节轴线平行以及转座的两关节轴线异面垂直，故当零件存在制造误差而使运动参数产生变化时，对坐标系变换的影响比较复杂。特别是平行轴线存在扰动时，有时需要重新定义坐标系。

图1一般六自由度关节式机器人模型



收作者简介：邢强（1989—），男，江苏南京人，东南大学硕士研究生，主要研究方向为工业机器人的结构设计以及精度优化。


（文章来源《机械设计与制造工程》杂志如需详细资料请联系江苏机械门户网客服QQ:2980918915,电话025-83726289）