工业机器人因其优越的工作性能,已成为现代工业自动化生产装备的重要组成部分,尤其在汽车、电子、食品包装等行业广泛应用。机器人的绝对定位精度和重复定位精度是其工作精度的重要保证,提高机器人的工作精度对推动工业自动化及智能化发展进程具有重要意义。本文以SCARA机器人为对象,研究回转关节误差对机器人末端定位精度的影响,对提高机器人工作精度具有重要意义。主要研究内容如下:(1)通过分析机器人回转关节的结构特征,建立了机器人回转关节的误差分析模型。将机器人关节的回转运动看作刚体之间的六自由度运动,引入刚体空间运动的直线离散轨迹的球面像理论与腰线理论,讨论了机器人关节几何轴线运动与球面像曲线和腰线之间的关系,并给出了关节运动轴线的求解方法,识别出了回转关节真实回转轴线与理论回转几何轴线之间的偏差,并进一步分析了回转关节工作间隙,给出了间隙极值的求解方法。(2)建立了关节误差和关节间隙对末端定位的影响模型。首先建立了考虑回转关节几何轴线误差的机器人运动学模型;再考虑关节间隙大小和方向的随机性,建立了SCARA机器人关节间隙与末端重复定位精度之间联系的蒙特卡洛模型,并分析多变量影响下机器人末端的重复定位的分布规律,由此得到机器人重复定位精度设计中关节间隙的约束关系。(3)接着,进行了回转关节误差、关节间隙及末端重复定位误差试验研究。创新性地用双标准球对回转关节进行测量,基于测量装置的运动学模型阐述了双标准球法测量机器人回转关节六自由度运动参数的原理;为了获取机器人关节间隙及末端重复定位误差,提出了SCARA机器人关节工作间隙的球杆仪测量方法,并证明了回转关节工作间隙测量中球杆仪安装误差与机器人结构误差对测量结果没有影响,并通过试验对关节的作间隙和机器人末端重复定位误差进行了测量。(4)基于试验数据分析了关节误差和关节间隙对机器人末端绝对定位和重复定位精度的影响。关节的回转轴线与理论轴线存在固定误差,会造成末端有规律的位置误差;关节间隙对末端精度的影响不可忽略,机器人重复定位精度设计中,可以用精度指标对关节间隙进行约束,指导机器人的设计与装配。