重大装备制造业一直是近年来研究的热点问题,在国家“十二五”规划中,高端装备制造业已经被列为战略性新兴产业之一。目前我国正在大力发展的大型装备建设项目,如大型飞机、航空母舰、高铁技术、大型远洋工程、核电工程等,它们都具有装置庞大、结构复杂、精度要求高、制造难度大等特点,传统加工制造方法难以满足其要求,必须借助精密在线测量与控制补偿技术来实现。本文所属课题以大型球状工件复杂孔系制造作为研究背景,提出了基于工业机器人并结合摄影测量系统、导轨、倾角仪等仪器装备的在线测量与控制补偿系统。工业机器人在进行作业时,末端往往会夹持一些执行器,受到设备重力和与工件间的接触作用力的影响,机器人末端会产生变形,使实际到达位姿与期望位姿之间存在偏差,降低了机器人的定位精度。本文针对负载影响机器人定位精度的情况,开展了对机器人末端变形的研究。1.分析了实验用的KUKA-arc5工业机器人,对其结构特点以及运动方式做了详细的介绍,运用经典DH模型通过齐次变换矩阵建立了机器人的运动学方程,在DH模型的基础上,对机器人正运动学和逆运动学进行求解,并开展了对机器人微分运动学的研究,分析了机器人关节速度与末端操作速度的映射—雅克比矩阵以及其转置矩阵力雅克比矩阵,通过矢量积分法详细推导了机器人雅克比矩阵。2.开展了对工业机器人标定技术的研究,对影响机器人绝对定位精度的因素做了分析研究,其中机器人自身几何参数误差是影响机器人绝对定位精度的主要原因。对机器人进行标定,获得机器人实际DH参数,可以有效减小辨识过程中的计算误差。本文通过采用基于机器人位置误差模型的方法,利用最小二乘法计算出机器人的DH参数误差,对KUKA-arc5工业机器人进行了有效标定。3.在传统刚度概念的基础上,对机器人关节刚度矩阵以及末端笛卡尔刚度矩阵做了详细的推导,分析研究了机器人笛卡尔刚度矩阵的一些性质和意义,接着建立了机器人操作刚度矩阵向机器人关节刚度矩阵的映射关系,在此基础上,提出了一种辨识机器人关节刚度值的简单方法。4.在刚度辨识实验中,在机器人末端施加静载荷,利用激光跟踪仪测量末端变形,通过最小二乘法解算出机器人关节刚度值,并重新选用15个点验证了结果的可靠性。