6自由度機器人關節間隙誤差分析及仿真
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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：坐標(350,0,5)，姿態(0,180,0)；
第二點：坐標(450,0,5)，姿態(0,180,0)；
第三點：坐標(450,100,5)，姿態(0,180,0)；
第四點：坐標(350,100,5)，姿態(0,180,0)；
第五點：坐標(350,0,5)，姿態(0,180,0)；
其中，第一點與第五點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節空間坐標。機器人根據生成的關節坐標進行正方形繪制。各點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，存在以下問題：
● 第1點與實際點偏移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。
機器人第一關節電機安裝在基座上，其余5個關節電機安裝在同一個方向，見圖2坐標系x0y0z0中x0負向，重量集中在該方向。
用手晃動每個關節，發現第二關節(見圖2 坐標系x2y2z2)存在關節間隙，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個關節的間隙產生，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軸逆時針轉動一微小角度。
建模仿真
現增加一虛擬關節，等效機械手臂的滾翻。虛擬關節軸線垂直于第2關節的軸線方向，建立圖6所示的相關機器人坐標系。
圖6 增加虛擬關節機器人坐標系
其中：z0為基座原點，坐標系x2y2z2為機器人第2關節坐標系，坐標系xmymzm為增加的機器人虛擬關節坐標系，軸線zm垂直于關節2軸線z2。
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