On the Accuracy of Articulated Robots

Abstract

Traditionellt har robotar använts för uppgifter med begränsad interaktionmed omgivningen, såsom materialhantering och målning. Den artikulärarobotens flexibilitet, anpassningsförmåga, överkomliga pris och stora arbetsområdegör den dock attraktiv även för mer komplexa uppgifter som kräverkontinuerlig kontakt med omgivningen. Den låga strukturella styvheten hosartikulära robotar kan dock leda till betydande deformationer vid yttre belastningar,vilket påverkar noggrannheten i sluteffektorns positionering. För attbredda användningen av robotsystem i högprecisionsapplikationer där kontaktmed omgivningen är avgörande, är det nödvändigt att förbättra derasnoggrannhet.Denna forskning undersöker hur belastning och rörelse påverkar positioneringsnoggrannhetenhos artikulära robotar i kontaktapplikationer. Analysenav kvasistatiska deformationer visar att traditionella statiska kalibreringsmetoderkan underskatta positioneringsfel, eftersom de inte beaktar de kombineradeeffekterna av last och rörelse.För att åtgärda detta föreslås en modellbaserad kvasistatisk kalibreringsmetodsom använder en ledstyvhetsmodell för att uppskatta och kompenseraför deformation. Experimentella resultat visar betydande noggrannhetsförbättringar,med felminskningar från 60% till 90%, beroende på robot, applikation,arbetsyta och belastningsförhållanden.För att öka metodens användbarhet prioriteras en balans mellan noggrannhet,effektivitet och implementering. Den kvasistatiska metoden ger enlämplig kompromiss inom noggrannhetsnivå och resurskrav. Dessutom, sombidrar till att göra förbättringar av kalibreringsnoggrannhet gemensamt i industriellamiljöer, demonstreras möjligheten att överföra ledens styvhet, identifieradmed den kvasistatiska metoden, bland en grupp identiska robotar somdelar liknande uppgifter, belastningar och operativt utrymme. Förmågan hosdenna överföringsbaserade kompensationsmetod för att minimera belastningsinduceradefel jämförs med den konventionella kompensationsmetoden.Slutligen föreslås ett omfattande kriterium för att utvärdera robotprestandai kontaktapplikationer, där faktorer som belastning, hastighet och arbetsytabeaktas. Detta möjliggör en mer noggrann och heltäckande bedömningav robotens kapacitet.Framtida forskning ska fokusera på samspelet mellan kvasistatiska och dynamiskaeffekter, utforska avancerade modelleringstekniker som kombinerarfysikbaserade och datadrivna metoder för att hantera kvarvarande fel, samtutveckla robusta prestandautvärderingsprocedurer för komplexa robotsystem.Målet är att ytterligare förbättra robotarnas noggrannhet och tillförlitligheti nya kontaktapplikationer.

urn.kb.se/resolve?urn=urn:nbn:se:kth:diva-361003