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机械手臂重复定位精度探讨论文

机械手臂重复定位精度探讨论文预读:摘要:《微特电机杂志》2016年第二期

摘要:

SCA,A机器人常用于精密装配和加工,其机械本体、驱动控制、减速器、电机等

都会影响SCA,A机器人的精度和运动速度.主要针对一台SCA,A机器人对其进行实

验台搭建,测试其重复定位精度和运动速度,为SCA,A机器人性能指标的评定提供一

种参考性方法.

关键词:

伺服电动机;机械臂;SCA,A;机器人

收稿日期:2015,06,260SCA,A工业机器人适合于平面定位,完成垂直方向安装等

任务.SCA,A多关节机器人的特点有速度快、运动灵活、结构小巧紧凑、定位精度

高等.SCA,A多关节机器人极大地提高了对多层次多环节装配工作的适应性,使生产

效率获得提高,而降低了其本身成本.SCA,A工业机器人诞生至今已有四十多

年,1,2,.依据富士经济调查公司于2011发表的研究报告,日本Epson公司和

Yamaha公司在SCA,A机器人市场份额上居前两名.由于国内工业机器人起步

晚,SCA,A机器人的发展受到极大地影响.我国第一台高性能精密装配机器人是上海

交通大学于1995年研制的一台SCA,A四轴装配机器人,2,3,.其技术特点:机器人运

动采用直接驱动技术,进而减少了减速器等带来的传动误差,保证了有较高的定位精

度和较快的运动速度.该工业机器人装有高精度高分辨率的力觉和视觉传感器,其控

制板采用了多任务操作系统,并具有离线编程的功能.

上海大学也在同期研制了“上海1号”、“上海2号”等工业机器人.在国产

SCA,A机器人研发企业中,沈阳新松机器人自动化股份有限公司产品重复定位精度

达?0(04mm,哈尔滨博实产品的重复定位精度为?0(08mm.国产SCA,A机器人在国内工

业生产线上也被广泛应用,可与日本等国外SCA,A工业机器人相比,但无论是在机器

人电路设计,还是在外围结构的流线型设计及定位精度等方面都存在极大差距,6,7,.

影响工业机器人定位精度因素很多,但机器人关节用的电机及其组件,对机器人的定

位精度有较大影响.因此,本文将开展对SCA,A机器人重复定位精度和运动速度测试

方法的研究,可以为进一步改进电机的设计提供参考,同时也提供了一种SCA,A机械

手臂运动的重复定位精度和速度测量实验方法.

1实验方法

SCA,A机器人由机体和控制系统组成,如图1所示.机械臂的运动是通过控制伺

服电机而实现的.通过对设定机械臂运动的不同路径及位移,调节机械臂不同轴向位

置进而多次对千分表进行撞击并记录相关数据,借用概率统计分布相关方法可以得

出所撞击次数中相应的撞击位置偏差,进而可得到相应的精度,具体实验图如图2所

示.为了测定相应的机械手臂的运动速度,可以调节机械手臂不同速度下撞击一个回

路电路开关,然后利用示波器记录脉冲个数,进而可以求得机械臂运动的平均值,具

体实验图如图3所示.因为机械臂是匀速运动的,所以所求得的平均速度即为机械臂

在当前时刻的运动速度.实验中所用测定位精度的千分表为表盘千分表,其测量精度

为0(001mm,表盘千分表完全满足机械臂定位精度测量的要求.实验前先将千分表调

零位,保证机械臂在规定运动位移两端点时轻轻碰撞侧头.记录数据时,只需读指针

相对零位转过的格数,最终在处理数据时将所读格数乘以0(001mm,即可得到机械臂

在指定点的定位精度.通过多次重复测量,即可得到重复定位精度.

2重复定位精度测试

将SCA,A机器人底座固定于钢架基座上并进行原点回零位设置,设置不同的机

械手臂工作路径和工作位移,如图4所示.记录机械手臂X轴和Y轴分别在手臂行程

为,200mm,,100mm,100mm和200mm时,分别撞击千分表50次,记录撞击千分表显示

的数据,如表1所示.将撞击千分表的数据以标定的原点为坐标原点,用软件画出在

相应坐标下的记录点,然后以0.03mm为半径做圆,可以得到落在0(03mm为半径的圆

内点的数目,用数理统计的方法进而

求得相应的定位精度.实验结果如图5,图7所示.根据图5,X轴不同行程下不同

速度的重复定位精度测量比较结果可以看出,X轴的行程为100mm时,除了初始测量

时个别实验值落在0(01mm之外,其它所得实验定位精度偏差均在0,0(01mm之间.X

轴的行程为,100mm时,所得实验定位精度偏差均在0,0(016mm之间.通过上述分