你大爷的闺蜜
范文一：工业机器人的重复定位精度是如何测量的
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工业机器人的重复定位精度是如何测量的
重复定位精度是 工业机器人最重要的性能指标 之一。 位置重复性 是工业机器人制造商指定的唯一的定位性能指标 ，在他们的宣传册上有0.010 毫米和0.100 毫米之间变化。然而，计量从此发生了改变，到底如何测量位置重复性的大小,
如果你幸运的话，像我们 先进的计量设备有很多，你可以使用激光干涉仪。后者是非常准确的(0.001 毫米测量不确定度)，但价格昂贵(约50000美元)，难以建立 措施在同一时间只有一个坐标。你也可以使用CMM，但这显然是不现实的。你可以 使用各种类型的三维测量设备，但某些工业机器人制造商使用激光跟踪仪因为他们已经使用一些机器人标定激光跟踪仪。所以我们到底应不应该应该相信工业机器人 厂商提供的重复数据,
一个基本的方法 在 ISO/TR 13309:1995提出依托三个正交 使用位置传感器的安装 。我最近买了一个这样的装置:三一探针IBS精密工程。后者是无线的，轻便小巧，而且不贵(约15000美元)。其测量不确定度约为0.001 mm，其测量范围是3.5 毫米。不幸的是，它采用电涡流传感器需要特殊基准球，成本超过500美元每安装在纤细的茎而且很容易打破。
一个非常重要的，我们的三维探测新的组件标定板。后者本质上是以三球的原理在三V形槽的运动平台。在测试我们的三维探头在发那科LR伴侣200iC的工 业机器人(借给我们的通用航空)和ABB IRB 120机器人 时，我们使用一个定制的枢接座三0.5″基准球，每一对分开约300毫米。使用非常简单的matlab代码，我们可以从每一个数字指标获取位置数据并发送 到机器人控制器通过以
工业自动化 http://www.jx580.com/ 太网。每个机器人的控制器，然后运行一个程序， 执行自动测试。这个测试程序如下。
对于一个给定的末端定位，机器 人自动对齐三维探头的三个基准球经过多次调整到指示为零(?0.002 毫米)。然后我们记录末端执行器的位置(实际上是机器人的配置)和机器人发送30次各基准球，先按顺时针顺序 然后逆时针顺序。 我们测试了五种不同的末端执行器的方向并且设置在每个机器人相同位置。
我们相信，我们的设备提供了最经济实惠的测量工业机器人的重复定位精度的方法和实践。如果你有兴趣，我们很高兴能与你们分享我们的经验。
范文二：人工和工业机器人重复操作定位精度比较
计算机在生物学和医学的应用28（1998）415-421
人工和工业机器人重复操作定位精度比较
Jure Zupancic*, Tadej Bajd
卢布尔雅那大学电气工程学院，Trz?as?ka 25, SI-1000 卢布尔雅那，斯洛文尼亚
1997年12月8日
摘 要 机器人重复定位精度性能所受的影响。操作机器人的重量-有效载荷的比例要明显的高于人工操作。支撑的使用提高了机器人的上述性能。这个策略模仿了人工操作时的动作。将机器人和操作人员在相同的条件下操作做一次比较。通过OPTOTRAK?运动分析系统完成了非接触式重复定位精度测量的测试。实验结果表明机器人和操作人员的定位精度在使用支撑后得到了相当大的改善。
?1998年，艾斯维尔科技有限公司保留所有权利。
关键词 工业机器人，人为操作的重复性，标准，测量，支撑战略
1 介绍
现代机器人中代替操作人员执行装配任务的机械手通常是按照人类的胳膊和手来设计的。机械对应人工操作发展的主要目标是实现功能改善，如提高速度，增加有效载荷能力，提高定位精度和可重复性。然而，当负载不超过3公斤时，经评估发现机器人的重量—有效载荷比是人类在相同操作情况下的10倍以上。从技术和经济的角度来看这个比例的减少与机器人的效率密切相关。提高这个比率的传统原则是引入更轻的材料，创建一个新的结构，设计新的执行器。
在特殊情况下，使用适当的支撑体能够增加机器人的绝对精度和可重复性。支撑的方法是模仿人类在精细运动操作时的行为，以便能适应更高的精度和可重复性要求的需要。操作员在进行精确的操作任务时往往会像工作时的钟表匠一样为他的前臂，手腕处，肘关节等找一支撑体。同样道理也可以用在机器人身上。
除了一些估计，在人工和机器人的表现之间并没有明确的比较。这次研究的目的是为了是机器人和人工操作者在有支撑和没有支撑的条件下作一个操作技术的比较。 2 方法
工业操作机器人的重复定位精度测试按照ISO 9283的标准进行测试。多维数据集
与最大音量是在工作区中最常见的预期用途。五个点（P1—P5），如图所示，分别位于图中选定平面的对角线上。接触式的OPTOTRAK?/3010运动分析系统用于测量实际位置（如图2所示）。测量P1，P2，P3，P4和P5的位置。经过30次的重复测量后，重复定位精度达到了ISO 9283标准的要求。可重复性由以下的公式计算：
r=+3SD, (1)
1n
=∑Dj, (2) nj=1
Dj=(xj-)2+(yj-)2+(zj-)2,
(3)
图1 在机器人工作区内定义测量点（P1-P5）。
图2 重复定位精度测量设备。
n∑(D
SD=j=1j-)2, (4) n-1
- 1 -
其中xj, yj, zj表示标称位置，,,表示实际位置和SD的位置的偏差。重复性试验测试的是机器人（1），有支撑的机器人（2），操作员（3），前臂支撑的操作员（4）。其中在（1）和（2）中机器人执行的是指定的程序。参加测试的操作人员要按照相同的标准执行相同的命令。标准的操作是将有五个环的目标定位到操作员工作空间线框。以相同的标准测量操作员的手和机器人的操作臂。为操作员和机器人准备相同大小的操作空间。在（2）中使用相同的鞍形支撑体。在（4）中用一个水平棒支撑操作员的前臂。四个测量情形如下图3所示。
3 测试和结果
我们在实验室里用工业操作机器人Asea Irb 6来进行测试。附加的部分连接到机器人上从而能够对其做出有利支撑。对于（1）（图3a）的情况下附加部分的重量是
1.65公斤，而在（2）中（图3c）附加部分的重量是2.15公斤。差异是由支撑部分引起的。人工操作员的持有测量刚体的重量是0.8公斤。3个操作员参加了测试。假定人体体重的5%为手臂的重量。在人手上附加0.9公斤的重量来模拟机器人手上的相同重量的工具。重量-有效载荷比大约为（a）无支撑机器人82，（b）无支撑操作人员
2.4，（c）支撑机器人62，（d）有支撑的操作员
5.
图3 四个类型的测量（a）自由移动机器人，（b）操作人员，（c）支撑机器人，（d）支撑前臂的操作员
- 2 -
图4 基于自由机器人和支撑机器人的可重复性测试结果
图5 基于自由操作人员和支撑前臂的操作人员的可重复性测试结果
在以上四个直方图中（图4和图5）展示了指定的四个类型的位置重复性测量结果。
支撑机器人的可重复性比自由机器人改善了大约50%。有支撑的操作人员同比增长了大约25%。请注意，该机器人的重量-有效载荷比高出了操作人员的10倍多。
- 3 -
4 结论
对机器人应用支撑是对人类行为的模仿。对重复定位精度的性能标准进行了研究。按照ISO 9283的标准对工业机器人进行了重复性测量。这是第一次在ISO 9283的标准下对操作人员的操作技术进行的位置重复性测量。结果表明机器人和操作人员在有支撑体支撑的条件下位置重复性得到了显著的改善。这项研究鼓励了研究人员对于支撑方案进行进一步的研究。操作人员位置重复性的研究同样也可用于人体工程学的研究。
5 总结
工业操控机器人的准确结构或多或少的模仿了人类的手臂。完全复制人类的结构通常并不能得到让人得到满意的结果，因此最大额定负载低于3千克的现代机械手要逊色于人工操作。用于改善机器人操作性能的支撑方法是对自然人行为的结构和功能的模仿。操作人员在进行精准的操作任务时经常会为他的前臂、手腕处或肘关节做一些支撑，就像是钟表匠工作时那样。同样的道理可用在机器人上，用来改善精度、可重复性、刚度、有效载荷能力和机械振动等机械特性。
我们研究的目的是通过比较机器人和操作人员的表现来得到关于位置重复性的简明技术。ISO 9283关于操控工业机器人性能标准及相关测试方法的标准是对其进行比较研究的基础。检测设备是围绕着非接触式3-D运动分析系统OPTOTRAK?/3010 (Northern Digital)建立。位置重复性实验是由机器人Asea Irb 6和操作人员在相同的实验条件下完成的相同的试验任务。机器人和操作人员在自由和有支撑的条件下进行了测试。有支撑的机器人的重复定位精度比自由机器人高出了约50%。有支撑的操作人员则同比增长了25%。机器人的重量-有效载荷比超过了操作人员的10倍。这研究结果鼓励了研究人员对支撑机器人的运动学作进一步的研究。本次研究结果可以作为人体工程学研究的参考。
致谢
斯洛文尼亚科学和技术部对本次研究工作提供了部分赞助。感谢Dana Maurovic?和Ivan Lonc?ar对上述测量作出的贡献。
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参考文献
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范文三：没错！机器人定位精度神器就是它
就精度而言，机器人技术在传统上一直依赖系统的重复性水平，在过去一直没有达到标准生产工艺可接受的成熟水平。然而，随着机器人在航空航天制造领域的运用，客户对高精度加工的需求不断增长。FAUNC机器人装备了雷尼绍RESOLUTE?系列绝对式圆光栅，以提高机器人在关键工艺中的加工精度。
对机器人精度和重复性的要求
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拥有更高精度和高重复性的机器人可确保制造出更精密的零件。高精度机器人正成为航空航天制造领域的新宠，它们的身影出现在多种工艺流程中。可重复的机器人加工路径和工具运用方式可节约关键材料的成本。另一个好处是，机器人加工过程的固有重复性有助于提高可预测性和工艺参数的控制水平，这有利于更轻松识别和优化影响工件质量的工艺参数。此外，机器人能够以极高的速度执行复杂或重复的加工过程。
（图片由FANUC提供）
近年来，制造商要求那些需频繁维护和更换的高磨损零件实现无缝替换；如果加工或装配的替换零件完全合乎所需精度等规格，就能免除进一步的调整。降低紧固件公差可提高装配精度，也有利于减小紧固件的体积和重量，降低整体重量。提高制造过程中的机器人精度可确保零件更换过程更为顺畅，不中断生产过程，提高精度，获得更高的成本效益。
FANUC机械臂的回转轴上配备RESOLUTE绝对式圆光栅（图片由FANUC提供）
FANUC机器人安装的附加编码器
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航空航天制造领域中最为重要的创新便是碳纤维涂覆工艺的运用。在此工艺中，碳纤维与树脂或环氧树脂材料相结合，形成重量极轻但极为强韧的复合材料，减轻飞机的重量，实现更好的燃油经济性，同时不会牺牲强度或耐用性。机器人的精度水平在这个工艺中十分重要，因为碳纤维线之间的相对位置是保证工件结构完整性的关键。
FANUC机器人的定位系统结构（图片由FANUC提供）
帮助实现FANUC机器人高精度的一个重要因素，便是雷尼绍RESOLUTE系列光栅作为附加编码器的运用。它将全向重复精度降低至接近零，并借助激光跟踪仪进行验证，同时利用所有轴的移动实现组合效应。直接连接到控制器的RESOLUTE光栅被安装在各轴传动系的输出侧，以测量和控制每个轴的真实位置。这样，机器人便可以精确控制位置。弯曲是机器人的机械部件遇到的典型问题，利用RESOLUTE光栅的优点，FANUC机器人采用“滑动补偿”技术，能够修正这类弯曲，减少加工过程中由外力造成的机器人偏转。
光栅读数头上的LED安装指示灯指示何时需清洁栅尺（图片由FANUC提供）
RESOLUTE绝对式光栅系统
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RESOLUTE是真正意义的绝对式、精细栅距光栅系统。其极强的抗污能力，超凡的技术指标更是位置反馈领域的一大新突破。它采用最先进的DSP（数字信号处理器）来分析由定制图像传感器捕获的数据，能以极高速度确定绝对位置，并可在开启后立即确定当前位置。
雷尼绍RESOLUTE系列绝对式圆光栅
它采用的内置LED安装指示灯可帮助进行诊断和安装，内置的位置校验算法持续监控读取的数据，以克服油渍或其他污染物引起的光散射影响，最终确保系统安全可靠地运行。
清洁栅尺的图像，以及颗粒污染覆盖栅尺的很大一部分区域，但仍可确定相位信息的栅尺
感谢关注“雷尼绍中国”
范文四：关节机器人定位精度影响因素分析
关节机器人定位精度影响因素分析
黄松，胡晓兵，周飞，高雅楠，范启忠
(四川大学 制造科学与工程学院，四川 成都 610065)
摘要:通过调查研究找出机器人定位精度的影响因素，进行机器人运动学分析，建立以 D-H 模型为基础 的 MDH 机器人运动学误差模型，结合已设计完成的机器人，利用 SolidWorks 软件的公差分析插件分析 由零件制造误差、装配误差和关节间隙引起的运动学误差，得出机器人各关节精度偏差的极限值。分析 结果得出在运动学因素的影响下，机器人名义位姿与实际位姿之间的误差较大，影响了机器人的定位精 度，需进一步对其进行补偿。
关键词:动力学分析;参数;误差模型;定位精度
中图分类号:TP242 文献标志码:A doi:10.3969/j.issn.1006-0316.2014.04.018 文章编号:1006,0316 (2014) 04,0070,05
Analysis of the factors affecting the precision of robot localization
HUANG Song，HU Xiao-bing，ZHOU Fei，GAO Ya-nan，FAN Qi-zhong
( College of Manufacturing Science and Engineering, Sichuan University, Chengdu 610065, China ) Abstract:Through the investigation and study to find out the influence factors of robot localization accuracy, the robot kinematics is analyzed, The MDH kinematics error model of robot are established based on D-H model, combined with the design of robot which has been finished, robot kinematics errors caused by parts manufacture, assembly and joint clearance are analyzed by using the plug-in unit in SolidWorks to obtain the limit deviations. Results of robot accuracy deviation limit value of each joint, It is found that the error between the named position and the actual position influenced by robot kinematics factors is great, which need to be compensated.
Key words:kinematic analysis;parameter;error model;positioning accuracy
[1]影响机器人定位精度的因素有很多种， 和提高机器人定位精度提供可靠的理论依据。 主要包括机器人运动学参数误差、动力学参数
误差、环境因素带来的误差和系统误差。在利 1 运动学误差模型的建立 用矩阵法建立机器人运动学参数误差模型的基
础上，本文主要从零件制造误差、安装误差和 关节型机器人的相邻杆件之间均由转动关 关节间隙三方面具体分析机器人运动学参数对 节连接，为了描述相邻杆件之间的相对位置与 定位精度的影响。通过分析总结机器人未经补 姿态，需要在每个关节轴处建立一个坐标系， 偿的末端位姿误差，为在工程实践中减小误差
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收稿日期:2013,10,15 基金项目:国家“高档数控机床与基础制造装备”科技重大专项资助项目(2012ZX0411,031)
作者简介:黄松(1988,)，男，安徽阜阳人，硕士研究生，主要研究方向为工业机器人;胡晓兵(1970,)，男，湖北黄冈人，教授， 研究生导师，主要研究方向为机器人、机器人视觉、企业信息管理。
机器人技术 ?71? 2014 年第 4 期 总第 41 卷 机械
由于机器人连杆 并且利用齐次坐标矩阵进行变换。也就是由 i 上各个参数的偏差量很
[2]Denavit 和 HartenBerg 提出的 D-H 法。 小，他们的微分可以直接用偏差增量 Δd，Δθ， ii
[5]Δa，Δα和 Δβ来表示，其中 Δd，Δa，Δα ii i iii
和 Δβ为衡量偏差。代入式(2)中，得到: i
T,,, i i i dT , ,d ， ,, ， VVVi i i i T T ,,,,a (3) da , ii,,i i i ， ,, ，VVi i T T ,,i i ,, , , 图 1 连杆坐标系的 D-H 参数 对式(2)中每一项进行求导再替换式(3)
中的各项，得到连杆 i 上的误差模型的另外一 图 1 为连杆坐标系固连于连杆上。通常机
种表达形式为: 器人的运动学参数引起的误差可以归结为结构
参数误差与运动变量误差，针对具有旋转关节 dTTM,dMM,a , ， ,,， ，i V i d , a ， i i i MM ,,， ,,的关节型工业机器人来说，上述的机器人运动 , i , ii i i i i ，(4) 学模型均是在不考虑误差的情况下建立的，但
将连杆 i 上所有的参数偏差总和定义为 Δ， i在实际工程应用中，机器人都会存在运动学参 则: 数误差，影响机器人的定位精度。要分析机器
V 人的运动学参数误差对定位精度的具体影响情 dT , T (5) i i i
,况，首先需要建立机器人运动学参数误差模型。 根据式(4)和式(5)，可求得 Δ。 i本文采用的是最常用的矩阵法进行误差建模。 在连杆 i 中，由于各个参数的微小误差使
D-H 模型存在的不足之处在于当相邻关节 得其 坐标 位置 偏 移 系 { i } 的原点
轴线平行时，平行度的微小偏差会导致实际公 (dx , dy , dz ) ，坐标轴偏转角度 i i i i i i 法线的位置与理论公法线的位置相差很大，这 (, x ,, y ,, z ) ， 其坐标变换矩阵为: 对于机器人的定位精度影响较大，因此加入一
T, DdxDdyDdzR, xR, yR，， ，， ，， ，， ，， i X i Y i Z i X i Y i Z 个相对于 Y的旋转项，即扭角 β，用以修正不 i i, z，， i 足，修正后的 D-H 模型称之为 MDH 模型。当 (6) [4]相邻关节轴不平行时，β为零。因此修正后的 i 因误差很小，所以取 sin,z,,z，sin,xi i i 公式为: ,,x， i
sin yy， cos, xcos, ycos, , , , , , i i i i DdR,DaR,(1) T, ，， ，， ，， ，， i Z i Z i X i X i ， , ,0 dx i [6]i i z, 1，忽 略高阶运算，最后得到: i , , , z y R,，， ， Y i ,dy设机器人连杆坐标系{i}上的名义坐标变 i T (7) i , 0 , x , ,i,, dz i i i V R , , , z, 换矩阵为 T，实际坐标变换矩阵 T ，对 i i 0 ,ix y ,0 0 0 ， ， [3]0 机器人的位姿误差进行微分变换，得到连杆 i
, x,, y,, z与 dx, dy, dz分别表示连杆 i i i i i i i 上的误差模型:
相 R dT ,T i i i 对于名义坐标系{i}绕自身各方向的旋转偏差; V,T ,,,,, i i i i i , dd ， d, ， da ， d, ， 连杆 i 的坐标系原点相对于名义坐标系{i}沿自 VVVVVi i i i i TTTTT,,,,,d, 身各方向的位置偏差。 d a ,,,ii(2) 根据 Δ和 T可以得到连杆 i 上所有的参数 i i iii
?72? 机器人技术 2014 年第 4 期 总第 41 卷 机械
i 偏差总和 D ，假设实际杆件误差为: i 2 运动学参数对定位精度的影响
,, ,d , ,, , ,a , (8) ,i i i i ii Tl 2.1 零件几何精度对定位精度的影响 ,, , ,, , 则偏差总和可以记为:
零件的几何精度主要包括尺寸精度、形位 i [7](9) D ,i 精度和表面粗糙度。其中与机器人定位精度
Gl i i息息相关的主要包括尺寸精度和形位精度，零 其中将 G称之为误差系数矩阵。由于在机 i
件的一部分尺寸精度单独影响机器人的连杆参 器人设计过程中其角度 α，β、各杆偏距 a及 iii
数，进而影响机器人的定位精度，形位精度则 杆长 d已经设定，因此其名义值不会发生变化。 i
因而 G中所有的数据都为固定值。式(9)反 i 与另一部分尺寸精度在具体装配过程中与其他 映的是连杆 i 运动学参数在坐标系{i}中的微分 零件相互作用共同影响机器人的连杆参数。 变化，由于误差测量在末端进行，因此需要将 以一具体的六关节机器人大臂为例进行分 杆件 i 上的微分误差转化到机器人末端，连杆 i 析，如图 2 所示。
到机器人末端执行器的变换矩阵为:
n，aopx x x , xoa ， yyiT , (10) ii ，1n,1n n i ，1 i T T ？ T , p ,,y o a p z z z z ，2 , nn ,y , ,0 0 ， ， 1
, 定义: 0
，nnn， p ， p ， p ， ， ， ， y z x y z xnnn， ， ， ,oo, , y z x y z 图 2 大臂几何精度 , o,p ， p ， p ， ， ， ， aay z , x y z xJ i , , 图 2 反映的是影响机器人定位精度的大臂 , ooo， ， ， , 0 0 a, ,x , 的几何精度。其中两圆的中心距 320?0.1 为机 0 0 p ， p ， p ， ， ， ， , 0 , , 器人第二关节(J2)与第三关节(J3)之间的 0 0 aa， ， a， n, z 0距离的尺寸值及误差值，直接影响 a的尺寸。 , 2 nnx y (11) o ，z, ，而其他尺寸 d、d、φa、φb的尺寸公差及 T 1335 o o a xyz, p 式中: p , p ); n , (n , n , x y z x y z 0 T ( p aa, n )。 其形位公差(包括图中所指示的同轴度、位置 xyi 则将 D 转换到机器人末端执行器坐标公 i 度等)对机器人的定位精度的影响将在装配过
程中具体反映，其最后的装配位置偏差也会影 式可以写为:
响到 a的尺寸。如图 3 中三四关节接口中的尺 2 n i (12) D J, i i i 寸 80?0.15 直接影响的是 a 的尺寸，小臂结构 3 D 将机器人所有连杆上的误差叠加可以得到 中的尺寸 226+0.2 0 直接影响的是 d的尺寸。 4 机器人末端位姿总误差:
2.2 装配误差对定位精度的影响 n N n n i (13) D , , D , , J D i i i i i i i ,1 i i 在一般机械装备中存在三种误差，零件的 , , J G ,l ,1 ,1 式中:n 为机器人的关节数。 尺寸误差、形位误差和装配误差。其中，零件
机器人技术 ?73? 2014 年第 4 期 总第 41 卷 机械
尺寸误差和形位误差主要来源于零件制造过 TolAnalyst，分析研究第二关节装配体中零件的 程，而装配体反映的是零件之间的位置、尺寸、 尺寸公差和形位公差对定位精度的影响，表 1
[8]配合等约束关系，因此装配误差是由于前两 给出了每个关节安装误差的最大值与最小值，
[9]种误差所致的工艺误差。 反映了各个参数对装配误差的影响大小。可以
借助于更改零件的公差来调整装配误差。
表 1 各关节安装误差表
机器人各关节实际安装偏差 机器 人关 X 方向 Z 方向 节 名义值 最大值 最小值 名义值 最大值 最小值
J1 0 0.124 -0.124 94 94.691 94.4 J2 0 0.189 -0.189 150 150.144 149.900 小臂 三四关节接口 J3 0 0.151 -0.151 150 150.494 149.954 图 3 连杆参数误差 J4 0 0.083 -0.083 74 74.402 73.711 J5 0 0.072 -0.072 92.5 92.679 92.454 J6 0 0.096 -0.096 90 90.084 89.854 以图 4 六关节机器人第二关节为例进行分
析。
2.3 关节间隙对定位精度的影响 由图 4 可以看出机器人的自身设计的零件
由于零件在制造和装配过程中均会存在误 作用在于连接和固定电机、减速器及轴承，以
差，运动副中的间隙是不可避免的，在机器人 使电机完成功率输出、减速器完成扭矩放大、
轴承实现平稳传动等一系列功能。需要分析的 运转过程中，间隙不可避免地存在于各个活动 是从一二关节接口到大臂之间的装配公差，主 铰接处，同时会在关节力或者关节力矩的作用 要包括两个尺寸链: 下会使实际机构与理想机构发生偏离，并随着
一条为:一二关节接口,输入端盖板,轴 运行时间的增长使间隙增大，影响机器人的定 承,输出端盖板,大臂; 位精度，而且容易引起冲击动载荷，影响机器
另一条为:一二关节接口,输入端盖板, 人系统载荷传递，以及造成运动副的破坏和失
[10]谐波减速器钢轮,谐波减速器柔轮,输出端盖 效。关节间隙的不确定性也决定了其对机器
人定位精度影响的不确定性，机器人的零件制 板,大臂。
造误差决定了关节间隙造成的误差。 电机 一二关节
接口 谐波减速
器钢轮 输入端3 运动学误差参数影响计算 盖板
谐波减速器柔轮
十字交叉轴承 将机器人零件误差、装配误差和关节间隙 输出端盖板
大臂 最后整合，得到机器人结构参量与运动变量的
误差值，见表 2。
图 4 第二关节装配体 表 2 运动学参数误差值
机器 两条尺寸链共同作用，影响机器人第二关 Δd/mm Δθ/rad Δa/mm Δα/rad Δβ/rad iii-1i-1i 人关节
节的 X 方向的位置和 Z 方向的位置。由于零件 J1 0.691 0.00174 0.124 0.002 0 J2 0.144 0.00174 0.189 0.0026 0 繁多，装配误差分析十分复杂，在利用 J3 0.494 0.00174 0.251 0.002 0.002 J4 0.602 0.00174 0.233 0.0006 0 SolidWorks 完成了机器人三维结构设计的基础 J5 0.179 0.00174 0.072 0.0016 0 J6 0.148 0.00174 0.096 0.002 0 上，采用 SolidWorks 中自带的公差分析插件的
?74? 机器人技术 2014 年第 4 期 总第 41 卷 机械
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2009(8):1-4. 包括制造误差，装配误差和关节间隙三个方面。 [7]孙全颖，唐文明，陈明，徐晓希. 机械精度设计与质量保证[M]. 借助 已有的 SolidWorks 软件 及其自 带的 哈尔滨:哈尔滨工业大学出版社，2009. [8]曹东兴，焦新境，武TolAnalyst 插件对机器人进行误差分析，最终 继民. 装配建模及其误差分析[J]. 河北工 业大学学报，1999，28
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动学分析与仿真[J]. 机电工程，2012，29(1):39-43. 人调试效率。
千余项“奇思妙想”新发明亮相日内瓦国际发明展
手机即将没电，如何接打重要电话,家中电器忘 口罩如何阻止雾霾,传统纤维制造的口罩吸附细 关，能否遥控关机,发生大面积原油泄漏事故，如何 微颗粒效果欠佳，而密封性强的口罩又易使人呼吸困 生态环保地处理,在第 42 届日内瓦国际发明展上，千 难。香港理工大学创新产品与科技研究所所长梁焕方 余项“奇思妙想”为人们破解难题，其中有日常生活 发明的多层纳米纤维过滤口罩可吸附 300 纳米级别的 中的小麻烦，也有涉及生态环境的大问题。 气溶胶，效率远高于传统口罩，而且透气性能良好，
应用前景看好。 手机电量快用完还想打电话怎么办,未来或只要
用手摩擦屏幕就能解燃眉之急。北京大学柔性透明发 日内瓦国际发明展创办于 1973 年，是世界上举办 电薄膜研发团队的思路在于，将手机使用中摩擦屏幕 历史最长、规模最大的发明展。展会主办方介绍，本 产生的机械能转换为电能，作为手机的备用电量。 届发明展共亮相来自 45 个国家和地区的 1000 余项发
用智能手机遥控普通家电,北京四中的初二学生 明。为期 5 天的展会预计参观人数将达 6 万人，参展 伍兴云展示了自己的发明:通过智能手机控制电源插 方数量也为历年之最，其中个人发明者占 26,。 座，远程开关家中电器，技术简单，却更直接、实用。 (信息来源:http://www.jx.cn 下载时间:2014-4-14)
范文五：机器人编程控制研究及定位精度分析
机器人编程控制研究及定位精度分析
摘要:机器人语言是从70年代发展起来的，在较早期的机器人语言中，有些是以普通计算机程序设计语言为主体，再加入一些专用的机器人控制指令而成;有些则是由数控语言改进而成.工业机器人是综合了计算机科学技术、机械工程技术、电子工程技术、信息传感器技术、控制理论、机构学、人工智能学、仿生学等多学科而形成的高新技术。在国外工业机器人技术日趋成熟，其己经成为一种标准设备而在工业自动化行业广泛应用，从而也形成了一批在国际上较有影响力的工业机器人公司，工业机器人技术的发展水平也成为一个国家工业自动化水平的重要标志15.
关键词:机器人 控制 精确 定位 发展
发展智能装配机器人是当今国际上生产自动化领域的一个重要方面.装配机器人是近年
来工业机器人应用中增长最快、发展势头最猛的品种.它对提高制造业的装配质量和效率、实现装配作业自动化、适应小批量多品种产品的柔性化生产具有重要的促进作用.在国家863计划智能机器人主题的研究发展计划中，将“精密装配机器人”定为型号研究项目之一，标是研究开发出“具有多传感器可进行多任务编程和离线编程的高速高精度装配机器人”原型样机.在“精密装配机器人’，型号研究项目的支持下，成功地开发了“精密1号’，装配机器人9.
1973年，美国斯坦福人工智能实验室开发出第一个实验性的机器人编程语言waved最初的目的是用于研究机器人学的理论问
题，而不是用于执行生产任务，它提供了对机器人操作的符号描述，提供了力和力矩的控制，通过接口还可以与一个外部视觉系统相连5.
工业机器人已广泛应用于汽车工业的点焊、弧焊、喷漆、热处理、搬运、装配、上下料、检测等作业.在物流、码垛、食品和药品等领域，工业机器人正逐步代替人工从事繁重枯燥的包装、码垛、搬运作业.工业机器人研究的运动学标定、运动规划、控制等已有成熟的控制方案.但由于工业机器人是一个非线性、多变量的控制对象，而制造业也对机器人性能提出新需求，机器人的控制方法仍是研究重点，工业机器人技术也朝着智能化、重载、高精度、高速、网络化等方向发展.结合位置、力矩、力、视觉等信息反馈，柔顺控制、力合控制、视觉伺服控制等方法得到大量研究，以适应高速、高精度6.。
移动机器人的研究可以追溯到20世纪60年代。斯坦福大学研究所成功地研制一种典型的自主移机器人Shakey。它具有在复杂环境下，对象识别，自主推理，路径规划及控制功能。与此同时以General Electric Quadruped为代表的步行机器人也研究成功。它能在不平整，非结构化环境中运动。70年代末，随着计算机技术的发展和应用，以及传感器技术的发展，移动机器人的研究又出现新的高潮。特别是80年代开始，美国国防部DARPA的支助下，由CMU, Standford大学等单位开展的ALV研究;能源部制定的为期10年的机器人和能系统计划，以及后来的空间机器人计纵日本通产省的极限环境下作业机器人计划.当然虽然国外的对这方面的技术很先进但国内的技术近些年也发展的不错.
加入WTO以后，中国己处于市场全球化的经济环境中，这为中国经济发展带来机遇，也使制造业面临更严峻的挑战。在现代制造业尤其汽车制造业中，焊接技术作为重要的加工手段，占有非常重要的地位曰。焊接机器人在提高焊接质量、降低焊接成本、实现焊接自动化方面扮演着重要角色。传统的工业机器人示教编程工作方式有以下不足15.
机器人在线示教不适应当今小批量、多品种的柔性生产的需要; 复杂的机器人作业，如弧焊、装配任务很难用示教方式完成;运动规划的失误会导致机器人间及机器人与固定物的相撞，破坏生产;编程者安全性差，不适合太空、深水、核设施维修等极限环境下的焊接工作。
离线编程技术的出现为上述问题的解决提出了可供选择的方案。与传统的在线示教编程相比，离线编程具有如下优点:减少机器人不工作的时间;使编程者远离危险的工作环境; 便于和CAD/CAM/Robotics一体化;可对复杂任务进行编程;便于编辑机器人程序1。
HRL语言支持笛卡尔空间(直线和圆弧)和关节空间(线性和多项式)的轨迹规划.并提供相应运动语句结构区别各种轨迹插值，分别如下。PTPMOVE机器人点位运动，各关节非同步运动;SYNMOVE关节空间线性插值，各关节步运动;LANEMOVE关节空间多项式插值;SMOVE笛卡尔空间直线运动;CIRCLEMOVE笛卡尔空间圆弧运动;VIAMOVE控制机器人经过一个途径点且在途径点处不停止，此语
句后必须紧跟另一动语句;DRIVE驱动机器人某一个关节运动;FIRSTPOS机器人返回零位;OPEN机器人松开夹持器;CLOSE机器人关紧夹持器;
机器人编程语言像一个计算机系统，包括硬件、软件和被控设备。即机器人语言包括语言本身、运行语言的控制机、机器人、作业对象、周围环境和外围设备接口等。机器人编程语言系统的组成如图1所示。图中的箭头表示信息的流向，机器人语言的所有指令均通过控制机经过程序的编译、解释后发出控制信号7。
一、机器人编程语言系统的组成
机器人编程语言像一个计算机系统，包括硬件、软件和被控设备。即机器人语言包括语言本身、运行语言的控制机、机器人、作业对象、周围环境和外围设备接口等。机器人编程语言系统的组成如图1所示。图中的箭头表示信息的流向，机器人语言的所有指令均通过控制机经过程序的编译、解释后发出控制信号18.
控制机一方面向机器人发出运动控制信号，另一方面，向外围设备发控制信号，外围设备如机器人焊接系统中的电焊机以及机器人搬运系统中的空压机等。周围环境通过感知系统把环境信息通过控制机反馈给语言，而这里的环境是指机器人作业空间内的物体位置、姿态以及物体之间的相互关系2。机器人是一个可编程的机器，其功能的灵活性和智能性很大程度上决定于机器人的编程能力.早期的机器人编程几乎都采用示教再现方式.手段简单、功能有限，对一些需要根据外部信息进行实时决策的应用无能为力.机器人技术的发展，越来
越多的机器人采用机器人语言进行编程一般的机器人语言采用了计算机高级程序语言的程序控制结构，并通过设计专用的机器人运动控制语句和外部信一号交互语句来控制机器人的运动，从而极大地增强了机器人作业描述的灵活性.但目前的机器人语言的使用仍不方便，这主要体现在:机器人运动中关键位置信息一般仍需通过示教方式获取，若作业要求高精度定位，三维空间目测示教就非常困难;机器人编程和调试都必须在工作现场进行，既影响机器人现场工作，又不安全.17。
下面就让我们了解一下LEGO机器人吧，对于像机器人这样的控制系统来说，软件和硬件的关系比较紧密，软件常常对应于特定的硬件结构.LEGO的硬件系统主要包括机器人控制器一一RCX模块化的传感器和结构件攫RCX的内部嵌入式系统包括一个日立公司的系列的M CU H 8 /3292 16K ROM, 5121RAM, 1 dVI H z片内时钟，两个8位计时器，一16位自由运行计时器W DT全双工串口、可外部触发的A /D转换器，计43个Ib口、8个输入口户, 32K的外扩RAM, LCD及其控制器微型扬声器、电源电路等.微控制器的 ROM中包含有引导模，固件通过下的方式，保存在外扩RAM中的16K大小的内存，空间中.其余的空间供用户程序使用3。
传统的示教再现型的弧焊机器人系统已经远远的不能满足现代的焊接作业对于高效率、高精度、小批量、复杂形状以及遥控焊接作业的要求。为此，现代焊接生产技术国家重点实验室开发了开放式弧焊机器人控制系统OAAWRCS。要使得OAAW RCS能够方便地集成各
种其它设备以及系统，如焊缝视觉跟踪系统等，OAAW RCS就必须要为它们提供良好的接口形式。机器人语言提供了一种通用方式来解决机器人与外部设备的通讯问题，同时，机器人语言也是机器人系统先进水平的重要标志之一4。
目前，在国内外生产中应用的机器人大多为不教再现型。即在机器人现场，山操作者将机器人的终端移动至目标位置，并将此位置对应的机器人关节角度信息记录进存储器。然后当要求复现这些动作时，顺序控制器从内存读出相应的位置，机器人就可重复不教时的迹和操作。机器人在线不教编程简单方便，适用于批量生产，所完成的任务简单单一，但是随着机器人适用任务的扩展和所完成任务的复杂程度的提高，在中小批量的生产中，用不教编程就很难实现。其在实际生产应用中存在着如下缺陷.①编程占用机器人的作业时间;②很难规划复杂的运动轨迹以及准确的直运动;③编程质量取决于编程员的经验，且编程员处于机器人工作空间的危险环境中;④机器人系统是一独立的单元，难与其它系统或生产过程实现无缝集成。基于以上原因，现在通用的工业机器人均设有离线编程接口，离线编制的机器人程序可以通过这个接口装入机器人控制器。国外的一些大学和科研机构开发了适用于不同需要的离线编程系统。
机器人离线编程是机器人编程语言的拓广，它利用计算机图形学，建立机器人及其工作环境的儿何模型，然后对机器人所完成的任务进行离线规划和编程，并对编程的结果进行动态图形仿真，最后将满足要求的编程结果传给机器人控制柜，使机器人完成指定的任务。它有
如下特点 .①需要机器人系统和工作环境的图形模型;②编程不影响机器人的工作;③可通过仿真试验程序;④可实现复杂运动轨迹的编程8。
移动机器人的白定位是机器人学中最为活跃的研究分支之一.其中一种思路是通过分析传感器数据直接确定机器人位姿，如儿何推理、基于变换的全局定位方法等.这些方法无论用何种视觉传感器，都易受噪声影响;如果环境特征过于复杂数据关联问题还存在组合爆炸的可能.文献用主成分分析方法提取环境参考点处图像的整体“外观”特征，并进一步与环境信息库比较给出机器人位姿.虽然不需要抽取图像边缘等局部特征，却易受光线和遮挡干扰，并且还要存储大量的变换矩阵以维持图像和高维特征的映射关系.10。随着机器人技术的不断发展，机器人所要执行的任务日趋复杂，这种示教方式就不了，例如:要求机器人执行按顺序堆放物品的操作，此时每一个物品的位置都需要重新用示教方式就很困难，而且这种方式难以使用复杂的传感信息，限制了机器人的灵活性年代以来，一种新的控制方式一一机器人程序设计语言得到了迅速的发展，在该中，用户使用专用的机器人语言来描述机器人的任务和工作环它的主要优点是
允许用户离线编程，提高了机器人的工作效率.程序的通用性强，可以从一个机器人移植到其他的同类型机器人上 使用各种传感器(如力传感器和视觉系统等)，增强了机器人在复杂环境的灵活性. 程序采用文本语言方式，便于编辑和修改. CA D /CAM可以通过机器人语言联系起来，实现生产自动化.便于引入专家系统，提高机器人的
工作质量.20..
发展智能装配机器人是当今国际上生产自动化领域的一个重要方面.装配机器人是近年来工业机器人应用中增长最快、发展势头最猛的品种.它对提高制造业的装配质量和效率、实现装配作业自动化、适应小批量多品种产品的柔性化生产具有重要的促进作用.在国家863计划智能机器人主题的研究发展计划中，将“精密装配机器人”定为型号研究项目之一，目标是研究开发出“具有多传感器可进行多任务编程和离线编程的高速高精度装配机器人”原型样机.在“精密装配机器人”，型号研究项目的支持下，成功地开发了“精密1号”，装配机器人HAW RL程序的整个执行过程如图所示。首先生成HAW RL源程序，主要由以下四种途径:(1)由离线编程系统采用离线示教或离线编程的方式生成;(2)由遥操作系统通过遥示教生成;(3)通过示教编程器进行现场示教的方式生成;(4)通过手动的方式直接用HAW RL进行编写。当通过以上的方式得到了HAW RL源程序以后，把源程序提交给编译解释器。编译解释器首先对源程序进行词法分析、语法分析和语义分析，检查错误，然后将正确的源程序编译解释生成PNIAC编程语言的目标代码并下载到PIVIAC中进行执行。关于程序的编译解释器在此不再赘述，另有论文将详细说明其工作原理以及开发过程19.
随着计算机编程思想的不断进步和编程语言的不断发展，图形化编程的理论和方法作为一种高效、方便的开发方式，目前已在众多领域得以广泛应用。比较知名的相关产品有美国国家仪器公司研发的LabVIEW , UML等，其中的UML更是作为高校计算机专业学生必学
和掌握的一种重要设计和开发工具。图形化编程以编程对象的操作处理流程为基础，通过友好的操作界面和功能众多的编程控件实现程序的设计。与传统意义上的编程语言相比，该方法不需要编程者有较为深厚的编程语言基础，不需要考虑严格的语法语义，也不需要花费大量的精力去处理程序代码的结构问题和实际问题的形式化描述等问题。合理的使用图形化编程系统，使得程序开发者可以将精力用于如何更有效地、更优化地实现自己的设计目标。可以预见，随着不同行业图形化编程系统的开发和完善，使用者将具有更大的创造力和创新空间12。
按形态分，有人形机器人辅助教学系统和非人形机器人辅助教学系统人形机器人辅助教学系统由人形(或类人形)机器人承担辅助教学任务，有较熟悉的交互界面，师生在与机器人的对话中，心理障碍较虫非人形机器人辅助教学系统可以是动物形，或者器物形，使用较简便有趣( 2)按移动性能分，有活动型机器人辅助教学统与固定型机器人辅助教学系统前者的活动方式平移、转动、走动以及其他复杂运矶其优势在于教学中具有较大的灵活性后者的安装、使用与维护一般较简便，常装备在智能化教室中。例如，可以将机器人的眼睛装在教室四周甚至课桌上，将机器人的大脑装在讲台内，将电子白板挂在讲台前，将预先编制的课程计划、课程内容存在电脑中，从而使整个教室变为一个机器人教学系统(3)按智能水平分，有编程控制型机器人辅助教学系统和智能自控型机器人辅助教学系统前者能感知外界的部分信息，通过人机对话，能按预先编制的教学程序选择教学策略进行教
学，是计算机辅助教学的一种延T电后者能主动辨识学习者特征，能与师生进行自然语言的有声对话，能自主确定教学策略，具有较强的推理与决策能力。
(4)按适用范围分，有通用型机器人辅助教学系统与专用型机器人辅助教学系统前者具有较广泛的适应能力、较大的知识库、较一般的外在形象，多用于学校公共课的教学后者则具有较强的针对性与专业特色，多用于专业教学或特定对象的个别教掌
(5)按功能分，有主讲型机器人辅助教学系统、辅导机器人辅助教学系统训练型机器人辅助教学系统、情感型机器人辅助教学系统主讲型机器人具有较强的语言表达能力，能讲述讲解、讲读、讲演教学内容辅导型机器人具有较强的思辨能力，能准确理解师生提出的各种问题，帮助求解，给予正确的提示、启,诱导乃至给出答案训练型机器人多用于训练学生的某种技能，训练过程中特别注意及时反馈与强化情感型教学机器人能理解与表达某些情感，能对师生给予某些关爱，特别适合于对学生的心理疾病进行矫治，以及进行思想道德教育13。
机器人是一个可编程的机器，其功能的灵活性和智能性很大程度上决定于机器人的编程能力.早期的机器人编程几乎都采用示教再现方式.手段简单、功能有限，对一些需要根据外部信息进行实时决策的应用无能为力.机器人技术的发展，越来越多的机器人采用机器人语言进行编程一般的机器人语言采用了计算机高级程序语言的程序控制结构，并通过设计专用的机器人运动控制语句和外部信一号交互语句来控制机器人的运动，从而极大地增强了机器人作业描述的灵活
性.但目前的机器人语言的使用仍不方便，这主要体现在:机器人运动中关键点的位置信息一般仍需通过示教方式获取，若作业要求高精度定位，三维空间目测示教就非常困难;机器人编程和调试都必须在工作现场进行，既影响机器人现场工作，又不安全14.
机器人的发展从无到有，从低级到高级，随着科学技术的进步而不断深入发展。移动机器人的未来是朝智能化，情感化发展，最后达到人机共存的社会。影响移动机器人发展的因素主要有:导航与定位，多传感器信息的融合，多机器人协调与控制策略等。因而移动机器人技术发展趋势主要包括:(1)高智能情感机器人随着科学技术的发展，具有人类智能的情感移动机器人是移动机器人未来发展趋势。目前移动机器人具有部分智能，因而正处于类人智能机器人研制阶段。类人智能机器人的核心技术是机器人对智能的理解，因而只有人工智能的突破，才能真正实现类人智能机器人。
总之，移动机器人涉及到传感器技术，电子技术，计算机技术，控制技术以及人工智能技术等多学科多种技术。尽管移动机器人取得了令人鼓舞的可喜成果，但是实现智能化，情感化移动机器人还有很长的路要走。随着电子技术，计算机技术，人工智能技术的不断提高，我们有理由相信不远的将来，移动机器人具有更多的智能和情感，更好地为人类服务。
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