重大装备是国民经济发展的支柱,它集中代表了制造业的水平和能力。由于重大装置存在体积庞大、结构复杂、精度要求高、现场制造装配调整量大等难题,有很多的基础科学问题、关键应用技术和工程实践需要攻克,其中制造过程中的测量与控制问题是提高装备制造水平的关键内容。

以大型球面复杂孔系制造为对象,对机器人柔性制造中在线测量与控制补偿等关键技术进行了研究,在现有制造技术的基础上,提高大型制造设备的自动化加工水平、测量和控制的系统精度。在方案中引入组合式动态测量系统,通过系统标定、环境影响因素模型构造、动态误差补偿、反馈控制策略优化选择等技术,提高了机器人实时定位和加工精度。构建了由组合式动态测量平台、机器人运动控制模块、数据集成和融合模块组成的机器人测量控制系统。

根据大型装备制造中被加工对象的精度需求,以及机器人运动路径的复杂性,构建了由4台红外相机组成的视觉系统并设计了三维球形靶标,保证了机器人在加工区域内任意位置可见;引入了惯性测量仪,提高机器人末端执行机构指向的测量精度。两者构成组合式测量平台,用于机器人末端位姿动态捕捉和分析,可改善单一视觉系统角度测量精度,避免了激光跟踪仪等传统大尺寸测量设备动态跟踪难的问题。针对运动学参数标定模型进行研究,并在此基础上提出了两步法标定的改进方法。可实现测量系统和控制系统坐标系统一、机器人运动学参数标定,提高了标定后机器人末端位姿补偿精度。

分析了机器人运动学参数标定不确定度,同时研究了机器人在整个运动空间内的定位误差分布,对于全空间范围内的定位和加工精度的评价、提高有极大的帮助。此外,通过实验对比分析了不同标定方法的精度和适用性。分析了关节角度误差、温度和负载对机器人末端定位的影响,构建了运动学参数误差模型。

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