Modelagem e compensação da similaridade espacial do erro de distância para robôs industriais

WANG Xi ,  

GAO Guanbin ,  

NIU Jingpeng ,  

NA Jing ,  

摘要

Graças à sua alta flexibilidade, os robôs industriais tornaram-se importantes vetores para a automação da montagem. Contudo, em tarefas de montagem que exigem rigorosas distâncias nos pontos-chave da cadeia dimensional (como montagem de furos e eixos), a precisão absoluta atual dos robôs muitas vezes não atende às exigências. Atualmente, os principais métodos para melhorar a precisão dos robôs industriais incluem calibração cinemática e interpolação espacial. Entretanto, a calibração cinemática geralmente busca a melhor precisão global, sem considerar adequadamente a necessidade de alta precisão local em pontos discretos críticos nas rotas de montagem; a interpolação espacial tende a introduzir erros acumulativos durante a transformação dos sistemas de coordenadas, dificultando atingir a precisão necessária para a montagem. Por isso, este artigo propõe um modelo de previsão de erro de distância e um método de compensação para melhorar a precisão dos pontos-chave do robô em tarefas de montagem. Primeiramente, foi estabelecido o modelo cinemático do robô e derivado o modelo de erro de posição, construindo um modelo de erro restrito pelo erro de distância para evitar a acumulação de erros por causa da transformação dos sistemas de coordenadas. Em seguida, através do estabelecimento da relação de mapeamento de erros entre o espaço articular e o espaço operacional, foram reveladas quantitativamente as características de similaridade do erro de distância no espaço, e com auxílio da função de variância essa similaridade foi descrita quantitativamente, fornecendo uma base teórica para o planejamento dos pontos de interpolação. Posteriormente, foi construído no espaço operacional um modelo de interpolação de previsão do erro de distância, propondo um método para converter o erro escalar em erro vetorial, realizando a correção simultânea da amplitude e direção do erro. Por fim, foram realizados testes de precisão e experimentos de aplicação de montagem em um robô industrial universal de seis graus de liberdade. Os resultados experimentais mostram que o erro máximo e médio de distância após compensação caiu para 0,10 mm e 0,04 mm, uma redução de 66,77% e 49,51%, respectivamente, em comparação com a calibração cinemática e o método de ponderação inversa da distância. O experimento de montagem de furos mostrou que a máxima e a média da variação de alinhamento de distância caíram de 1,61 mm e 1,11 mm para 0,15 mm e 0,05 mm. Os experimentos verificaram que o método pode suprimir efetivamente o erro de distância espacial, melhorando significativamente a capacidade de posicionamento absoluto do robô em montagens de alta precisão, oferecendo uma nova estratégia de compensação.

关键词

robô industrial;erro de distância;interpolação espacial;similaridade do erro;tarefas de montagem

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