一种微小挠性零件的自动化精密装配系统

为解决具有挠性结构微小零件精密装配的问题,将基于机器视觉的精密测量技术、高分辨率非接触激光位移测量技术等应用到精密装配系统的研制中.设计了用于微小零件夹持的装置,实现了对微小挠性零件拾取、搬运、放置等操作;根据视觉系统测量得到的微小零件与目标位置的偏差,对微小零件水平面内的位置和姿态进行了调整;提出了装配微小零件挠性结构的接触控制方法,该方法通过激光位移传感器非接触测量挠性结构接触变形所引起的微小位移变化,实现了装配过程中垂直方向的精密接触控制;通过在作业机械臂上集成标定模板,实现了装配系统的自动标定.简要介绍了所研制的装配系统组成,并进行了微小挠性零件的装配实验.实验结果表明,微小零件装配的平行度、同轴度误差小于10 μm,挠性结构接触控制偏差为0.6 μm ～0.8 μm,装配精度满足使用要求.     

面向生产线的全自动微小零件装配系统研制

为面向生产线实现微小零件的全自动装配,对装配前自动上料、装配后零件的自动锁紧、机械臂模块设计和装配过程中零件视觉定位策略等问题进行了研究。首先,系统采用模块化设计结构,设计了装配作业模块,视觉测量模块,装配平台模块和上料平台模块四部分,为适应生产线操作实现自动化装配,设计了自动上下料模块。然后,为实现多种零件的稳定拾取和装配设计了集成力传感器单元和柔性单元的机械臂,同时设计了锁紧夹具能够实现零件装配后的自动锁紧。最后,针对零件制定合理的装配策略,利用视觉测量的方法获得零件的位置和位姿信息实现零件的装配。实验结果表明:该装配系统可以实现微小零件自动装配的任务。     

仿生水下机器人三维力测试系统研究

针对微小型仿生水下机器人的流体动力学测量,研制了一种新型的三维力测试系统。在分析微小流体力测试系统功能需求的基础上,设计了基于S型拉压力传感器的测试系统机械结构和信号处理系统。分析了该测试系统存在的主要误差源,建立了系统误差模型,通过实验方法对误差模型进行了标定和补偿,数据测试结果表明补偿后的测量精度误差0.9%。该三维流体力测试系统为仿生水下机器人的流体力学实验研究提供了一种重要测量装置。     

自动导引车多摄像机主动导引系统的协同标定

通过多个导引驱动模块可构成用于重载搬运的自动导引车(AGV),固定在每个模块上的摄像机组成了多目视觉主动导引系统。本文针对多驱动模块的协同导引,提出了一种多摄像机主动导引系统的协同标定方法。首先,通过平面模板法完成单个驱动模块上摄像机内部参数、外部参数的标定;然后通过控制各个驱动模块协同运动,利用特征轨迹约束法估计摄像机相对于驱动模块的位姿误差、不同驱动模块之间的装配误差。建立单个模块的视觉测量坐标系与 AGV 整车运动控制坐标系之间的变换模型。不依赖精密辅助测量工具,具有较高的精度及可实施性。     

轴类零件自动检测仪综合误差研究

通过对一种轴类零件自动检测仪传动系统的分析,对影响该检测仪检测精度的误差元素进行识别。对相应的运动副进行基座标系和局部坐标系标定。基于小误差补偿假设,用齐次坐标变换的方法建立了各相应运动副坐标系间分别在理想情况(无误差)下和实际情况(有误差)下的变换矩阵。根据多体系统运动学理论,分析了误差运动和补偿运动间的关系,并建立了该检测仪的综合误差补偿量计算模型,为该检测仪的误差实时补偿提供了理论基础。     

片层体积无损测量装置误差分析与补偿研究

为了提高片层体积无损测量装置实验精度,建立了实验装置误差模型并对误差补偿进行研究。运用多体系统理论的齐次矩阵变换在平口钳、运动平台、夹具上建立各自坐标系,对实验平台各相邻构件几何误差进行系统分析,并根据误差传递关系,建立了实验装置综合误差模型。基于点在空间坐标系下矢量表达的补偿方法,通过测量辨析,完成了对误差补偿模型参数的确定。通过补偿验证,实验装置精度获得了较大提升。表明该方法能有效地对实验装置误差进行补偿,为实验数据采集提供精度保证。     

一种新的圆光栅偏心参数自标定方法

圆光栅安装偏心误差对圆光栅编码器的角度测量精度有较大影响,对偏心误差进行补偿可以有效提高测量结果的精度。为了对圆光栅的安装偏心参数进行辨识,建立了双读数头的偏心误差模型,推导出了基于双读数头的圆光栅偏心参数的自标定公式。通过实验利用对径安装的两个读数头对圆光栅的偏心参数进行自标定,求解出了相关的偏心参数,并使用正十二面棱体搭建的实验装置,对自标定参数的补偿效果进行了验证。实验结果表明,用双读数头自标定公式标定出的偏心参数对单读数头的测量结果进行偏心误差补偿后,圆光栅的平均误差从补偿前的0.046 4°减小到了0.003 7°。     

基于机器视觉与被动柔顺机构的孔轴精密装配研究

人工装配微小型孔轴类零件,生产效率低,精度和一致性难以保证。为了实现微小型孔轴类零件的自动精密装配,研制了基于机器视觉与被动柔顺机构的装配系统。在装配的非接触阶段,该系统的机器视觉通过精密运动平台的引导进行位置检测与控制;在装配的接触阶段,被动柔顺机构补偿零件位姿偏差来实现精密装配。该系统组成简单、操作容易、效率高、成本低。     

大型圆柱壳体装配平台测量系统的误差标定方法

为了保证大型圆柱壳体装配平台的制造精度,设计了适用于大型壳体尺寸采集的测量系统,并对其进行了误差标定。首先,根据机构形式和受力情况,分析了系统的误差来源,采用修正 D-H 参数法建立了包含系统几何参数误差和柔性误差的误差模型。其中,柔性误差由立柱和机械臂的弯曲产生。其次,在误差模型建立完成后,提出了测量系统误差参数的计算方法:使用控制变量法进行多组实验,计算得到了立柱的柔度参数和机械臂弯曲偏移角,通过迭代最小二乘法辨识出几何参数误差,经三次样条插值得到了整个工作空间内的立柱柔度参数和机械臂弯曲角,并对系统误差进行了补偿。最后,通过实验验证了误差标定算法的有效性。     

基于运动学参数标定方法的机械臂 误差分析与仿真研究

针对工作任务复杂或环境多变,且对机械臂精度要求较高的工业生产需求等问题,基于运动学参数标定方法进行了机械臂的误差分析与Matlab仿真。介绍了定位精度以及定位误差的来源,针对机械臂运动学标定的方法步骤,采用矩阵法对运动学参数标定误差模型进行了建模分析,推导出了运动学参数误差模型的通用形式,并添加一个微小的增量进行了误差补偿;采用Matlab对机械臂运动学参数误差模型进行了仿真分析,验证了所建立的误差模型的正确性。研究结果表明:基于运动学参数标定方法的机械臂误差分析能很好地提高机械臂的精度,使机械臂能够准确完成预期的位姿要求,对于进一步提高机械臂的精度有较好的指导作用。     

一种模块化机器人的标定方法研究

对一种可重构模块化机器人系统进行定位精度标定方法研究。采用装配映射矩阵描述任意给定的模块化机械臂组成模块间的装配关系,并根据装配信息自动生成指数积形式的运动学模型。根据指数积公式中关节旋量坐标的理论值和实际值之间的伴随变换关系将运动学模型改写成包含关节约束条件的等价形式。对运动学方程取微分得到机械臂末端定位误差与关节旋量误差及零位位置误差间的线性化模型。给出了一种基于最小二乘法的运动学参数标定模型及其生成方法。通过程序生成一种5自由度模块化机械臂的标定模型并采用激光跟踪仪作为测量设备进行运动学参数标定试验。试验结果表明标定过程能够快速收敛到稳定值。测试结果表明经参数标定机器人的平均定位精度提高了近4倍。     

模块化机器人几何误差分析及参数辨识研究

为解决模块化机器人重构后误差的快速补偿问题,对模块化机器人几何误差来源进行分析,将其划分为模块参数误差和模块间装配参数误差.基于指数积公式和齐次变换对关节模块、连杆模块及模块间装配位姿进行数学描述,建立关节-连杆子装配体的实际运动学模型.给出一种基于精密球和外部测量的模块参数及模块间装配参数辨识方法,完成子装配体运动学...     

小型精密谐波转台角度定位精度标定与补偿

为了解决应用于关节型三维激光传感器的小型谐波转台角度定位精度标定的问题,提出了一种基于Renishaw双频激光干涉仪的单自由度小型谐波转台旋转角度测量和补偿方法。首先依据干涉仪角度测量原理和光路调节方法,建立了测量光路系统,分析了回转台装配误差对角度测量精度的影响并进行了有效调整,而后提出了小型谐波转台360°范围角度标定的实验方案,最后通过曲线拟合的方法分析了转台转角误差的测量数据,总结转台转角误差随位置改变的变化规律,并将误差补偿函数嵌入控制器中,对转台的每次运动进行实时有效补偿。实验结果表明:使用该标定补偿方法能够将小型谐波转台的定位精度提高85%以上,补偿后的定位误差小于10″。采用该方法能够对小型谐波转台进行小间隔360°标定,标定后转台满足激光传感器空间精确定位的要求。     

球坐标测量系统几何误差辨识及补偿方法

几何误差是影响球坐标测量系统精度的重要因素,误差补偿技术是提高其测量精度的有效方法。本文针对球坐标测量系统几何误差辨识及补偿问题,提出一种基于高精度球面靶标标定的误差辨识方法。首先,基于Denavit-Hartenberg方法建立球坐标测量系统误差模型;其次,分析基于高精度球面靶标标定的误差辨识原理;最后,运用该标定方法进行几何误差辨识仿真试验,并具体分析影响误差辨识精度的因素。仿真结果表明,基于高精度球面靶标的标定方法可以辨识出7项几何误差,经过误差辨识和补偿能够提高球坐标测量系统的球面面形测量精度。     

双轴地磁传感器的参数标定与误差补偿

针对在双轴地磁传感器与卫星组合测量弹丸姿态的系统中双轴地磁传感器容易受外界误差因子干扰的问题,通过分析影响地磁传感器测量精度的误差因子,提出了一种参数标定和基于椭圆旋转的误差补偿算法。首先,假设双轴地磁传感器存在虚拟x轴,对传感器的误差因子进行建模,得到误差补偿模型;其次,对传感器双轴输出表达式中的参数进行标定;对双轴的测量值集合形成的椭圆进行旋转;最后,计算误差补偿模型中的6个参数。三轴无磁转台实验数据分析表明,该方法可以将双轴地磁传感器测量滚转角的误差精度控制在±2°之间,基本满足了弹丸姿态测量的要求。     

在机测量激光测头位姿的线性标定

针对在机激光扫描测量中激光测头安装位置和姿态引起的测量误差,提出了一种适用于在机激光测量的测头标定方法。构造了在机激光扫描测量原型系统,建立了激光测头随机床运动的测量模型;通过多角度扫描标准球球面拟合球心,给出了一种线性求解测头安装位姿参数的算法,避免了非线性优化求解中的大量计算和不稳定问题。分析了测量过程中机床各个轴的运动误差对测量结果的影响,建立了误差模型,并给出补偿机床系统误差的方法。实验显示,对直径已知的标准球进行测量时,测头在不同摆角测得的标准球直径误差小于0.05 mm,误差补偿后球心位置误差减小了83%。实验结果验证了该标定方法的可行性,以及机床误差对测量精度影响的模型及补偿方法的正确性。     

三轴标定转台的指向误差建模与仿真分析

为提高盾构导向测量系统的标定精度,探讨了影响其标定设备三轴转台指向精度的因素。基于多体系统理论,结合该转台的结构和运动特点,描述了系统的拓扑结构,建立了三轴转台指向误差的数学模型。在此基础上,通过仿真,详细分析比较了各误差项对转台指向精度的影响,为三轴转台的精度设计、误差分配以及误差补偿奠定了基础。     

时栅角位移传感器的误差补偿及参数辨识

基于正弦函数和快速傅里叶变换提出了一种误差补偿及参数辨识方法,用于提高时栅角位移传感器的测量精度和标定效率。使用激光干涉仪对时栅角位移传感器的误差进行标定,在整周采样36个对极点和对极内采样240个点。通过对标定的误差数据进行分析,由此提出一种基于傅里叶级数变换的误差补偿模型,在对极点对8个参数与对极内20个参数分别进行参数辨识。实验结果表明:补偿后时栅角位移传感器的测量误差减小为原误差的1/38.4,显著地提高传感器的测量精度和标定的效率。     

基于旋量理论的数控机床几何误差分离与补偿方法研究

针对机床制造和装配过程中产生的几何误差,建立一种通用的、系统的机床几何误差模型与补偿方法。首先以旋量理论与多体运动学理论为基础,从机床单个运动链到机床整体进行分析并建立了一种通用的误差模型,该模型可分离出影响可补偿与不可补偿位姿误差的几何误差源。然后基于得到的12项可补偿几何误差利用激光干涉仪进行几何误差测量、补偿实验。为了验证补偿效果,利用球杆仪进行了补偿前后的对比实验。实验结果表明:经过补偿后机床的垂直度提高了16%,圆度提高了37%。证明了所提出的建模和补偿方法可有效提高机床加工精度。     

不依赖精密转台的 MEMS-IMU 误差标定补偿方法

微机电惯性测量单元(MEMS-IMU)具有尺寸小、重量轻、成本低、可靠性高等优点,在机器人、虚拟现实以及智能穿戴等诸多领域广泛应用。低成本的微机电惯性测量单元在使用过程中受噪声和零偏误差等影响,需要通过测试和误差补偿手段来提高其实际使用精度。本文提出了一种全面测试和补偿惯性测量单元误差的方法,通过建立MEMS-IMU的误差模型,使用优化方法标定误差模型中的系统误差参数;使用Allan方差分析方法确定随机误差参数;基于上述结果,采用与视觉融合的非线性优化方法在线实时估计并补偿零偏,最终达到提高定位精度的目的。通过实验分析,上述组合方法不需要使用专门测试标定设备,能够有效补偿低成本微机电惯性测量单元的误差,提高定位精度。