工业机器人位姿误差空间IDSW插值补偿方法研究

探讨了工业机器人误差模型及位姿误差补偿的现有方法;对基于空间插值的补偿方法进行研究,提出机器人位置和机器人位姿误差两者之间的高度相关性是插值补偿法有效的先决条件;对利用微分法建立的机器人位姿误差模型进行研究,得到在机器人末端姿态不变时任意两点的位置误差的差值和姿态误差的差值分别与该两点位置差值呈高度线性关系;提出一种基于均匀数据场的空间IDSW(反距离平方加权)插值算法的机器人位姿误差补偿方法,并设计对比实验,仿真验证了本文所提出方法的有效性。     

一种基于位姿反馈的工业机器人定位补偿方法

为了提高工业机器人的绝对定位精度,提出了一种基于末端位姿闭环反馈的机器人精度补偿方法。该方法通过激光跟踪仪测量实时跟踪机器人末端靶标点的位置来监测机器人末端的位姿,并通过对靶标点的实际位置和理论位置进行匹配获得机器人末端的位姿偏差。工业机器人系统与激光跟踪测量系统通过局域网进行数据通信,并根据位姿偏差数据对机器人末端的位姿进行修正。最后通过实验对基于末端位姿闭环反馈的机器人精度补偿方法进行验证,实验表明,经过位姿闭环反馈补偿后机器人末端位置误差最大幅度可以降低到0.05mm,姿态误差最大幅度可以降低到0.012°。     

一种利用位置误差模型的机器人位姿标定方法

针对机器人位姿标定模型中位置和姿态数据的权重不合理导致参数识别精度低甚至发散问题,给出一种直接基于末端位置坐标测量的机器人位姿标定方法,避免了位置和姿态数据量级不同对参数识别精度的影响。采用指数积方法,建立一种包含3点位置信息的机器人运动学模型。通过对运动学模型取微分,利用指数映射微分公式推导出机器人末端3点位置误差与几何参数误差之间映射关系的显示表达并给出参数误差识别方法。采用激光跟踪仪作为测量设备,以UR5机器人为标定对象进行运动学参数标定和验证试验。试验结果表明,机器人末端位置误差模和姿态误差模的平均值分别降低了90%和92%。     

一种基于工具坐标系的机器人运动学参数标定方法

机器人末端执行器位姿误差在基础坐标系中表示时,误差模型中包含姿态误差与位置矢量的乘积项,影响了参数标定识别精度。以工具坐标系为参考系,给出一种基于指数积公式包含关节约束条件的机器人位姿误差标定模型,避免了姿态误差与位置矢量的乘积项对参数标定识别精度的影响。以UR5机器人为标定对象,采用LeciaAT960-MR激光跟踪仪为测量设备,进行参数标定试验。试验结果表明,经参数标定后UR5机器人位置误差模和姿态误差模的平均值分别减小了91.07%和89.16%。     

一种基于位置正解的并联机器人精度分析算法

利用杆长逐次逼近算法来求解并联机器人理想位姿以及有结构误差时的实际位姿，并用欧拉角表示机器人姿态，分析机器人位姿误差。通过仿真计算实例，证明该算法可快速高效求得机器人位姿误差。     

并联机器人位姿误差与结构误差的关系分析

介绍了一种特定结构的机器人(3PRS并联机器人)的模型、位姿误差计算方法,以及位姿误差与结构误差关系分析的方法和过程。得出如下结论:结构误差对动平台位姿误差的作用相互独立,不考虑其它误差的影响时,位姿误差是结构误差分别作用后叠加的结果;机器人位置一定时,位姿误差与结构误差呈线性关系,表达式系数由机器人模型尺寸和滑杆位置决定。     

KUKA工业机器人位姿测量与在线误差补偿

工业机器人因其良好的重复定位精度而被广泛应用于堆垛、搬运、焊接等工业领域,但其绝对定位精度低,限制了其在高精度制造领域的应用。通过构建工业机器人误差测量与在线补偿闭环控制系统,对工业机器人的误差进行在线补偿。该方法综合考虑了几何参数和非几何参数引起的误差,提高了其位姿精度。研究基于KUKA机器人传感器接口(Robot sensor interface,RSI)进行位姿误差补偿的性能。通过研究KUKA机器人末端姿态的表示方式,提出一种基于激光跟踪仪测量工业机器人末端姿态的方法,并设计试验研究机器人在其工作空间的位姿误差特点。对搭建的闭环控制系统进行位姿误差补偿试验验证了该系统的位姿补偿效果。试验结果表明,经过第二次在线误差补偿后,其绝对定位精度由原先的0.628 mm提升到0.087 mm,姿态精度接近0.01°。     

等离子冗余机器人逆运动学分析与试验

针对等离子机器人位姿分离算法精度不足及旋量理论计算复杂的缺点,提出一种位姿分离算法结合旋量理论的新算法。位姿分离算法虽然计算简单、但是位置关节对姿态关节的误差影响较大,容易导致等离子喷枪距离参数出现不稳定的情况,从而影响等离子表面改性质量的好坏。旋量理论虽然具有较高的计算精度,但是计算复杂,不太适合应用于对实时性要求很高的场合。位姿分离结合旋量理论的新算法首先在腕点位置矢量基础上利用位姿分离算法求解等离子机器人的位置关节逆解,然后利用位置关节逆解和旋量理论求解机器人的姿态逆解,一方面保证了等离子机器人的计算简洁性,另一方面也保证了逆运动学的求解精度。最后通过等离子表面改性试验验证了所论算法的正确性。     

基于正弦加减速控制算法的工业机器人位姿轨迹规划研究

针对工业机器人位姿轨迹规划时位置轨迹和姿态轨迹在启停阶段存在的不连续问题,提出结合正弦加减速控制算法规划位置轨迹和以单位四元数表示的姿态轨迹,以及对位置轨迹和姿态轨迹进行同步规划处理,得到了基于正弦加减速控制算法的工业机器人位姿轨迹规划算法。在mATLAB环境下对算法进行了仿真验证,结果表明:机器人末端执行器在启停阶段与匀速阶段间能光滑过渡,整个位姿轨迹连续光滑。     

一种协作机器人位姿重复性优化综合

在给定位姿重复性要求的前提下,寻找各关节随机运动精度的最优分配方案能够使协作机器人设计更加合理,对降低机器人制造成本有重要意义。首先,在机器人位姿重复性分析的基础上,建立了位姿重复性数学模型,该数学模型包含机器人位置重复性和姿态重复性;其次,以协作机器人KUKA iiwa 7为例,以关节运动误差最大化为优化目标,对该机器人位姿重复性进行优化综合,获得各关节随机运动精度的最优分配方案;最后,对KUKA iiwa 7机器人进行位姿重复性实验,结果验证了该方法的正确性,基于该方法的精度设计结果能够使协作机器人设计更加合理。     

零参考模型用于工业机器人定位精度提升研究* .txt

摘要：几何参数建模是机器人标定的基础，直接影响机器人定位精度。为解决常用几何参数模型当机器人相邻两轴线垂直及接近垂直时存在奇异性，建立了基于方向矢量和连接矢量的零参考模型(ZRM)，该模型不仅满足完备性与连续性要求，而且使用该模型计算机器人末端位置和姿态简单直观；建立了几何参数标定误差模型，通过使用LeicaAT960激光跟踪仪对Staubli TX60和ER10L C10两种工业机器人末端大量位姿实测，经正交三角分解去除冗余参数，采用LM算法对几何参数误差辨识，并与基于MDH模型的标定结果比较，实验结果证实，采用零参考模型标定后机器人末端平均绝对定位精度提升75%~90%，明显高于采用MDH模型标定结果，该模型适于在有高精度定位精度要求工业机器人中推广。 .txt     

A novel method for recording the position and orientation of the end effector of a spatial cable-suspended robot and using for closed-loop control

In this paper, a new method of recording the position and orientation of the end effector as a feedback of a spatial cable-suspended robot is presented based on coupling the data of image processing and laser sensors. All of the degrees of freedoms (DOFs) of the end effector can be easily fed back through the proposed protocol in an online way and with the highest accuracy. This method has advantages over encoder feedback method since encoder feedback method does not consider the effect of structural uncertainties like vibrations of the cables. Also, the proposed method is preferable to ultrasonic sensor feedback method or accelerometers, because it does not suffer from the effect of reflecting the sound from obstacles and indoor small room syndrome or the accelerometer noise problems. It is possible to use this setup in almost every environmental situation and for any configuration of the end effector. The position and orientation of the end effector recorded in an online way are used to prepare a feedback signal and control the robot in a closed-loop way using feedback linearization approach. A simulation study is carried out on the ICaSbot which is a spatial cable-suspended robot. Finally, experimental tests are conducted on the ICaSbot to validate the proposed algorithm and simulation results performed in the MATLAB environment.     

基于UKF的机器人末端执行器位姿实时估算方法

为了能在工业机器人运动过程中快速准确地估算出末端执行器的位姿,提出了一种基于unscented卡尔曼滤波器（UKF）的末端执行器位姿实时估算方法,并将该方法应用于以激光跟踪仪作为反馈系统的工业机器人中。首先,在工业机器人运动过程中实时获取各个关节运动参数,并结合工业机器人的结构参数计算末端执行器的位姿初值,然后借助于激光跟踪仪实时跟踪测量固定在机器人末端执行器上的一个测量点,运用UKF融合以上两类数据,估算出末端执行器的实时位姿。计算机仿真验证了该方法的有效性与实时性,同时表明该方法具有易于实现、计算速度快和精度高等优点。     

Trajectory coordination planning and control for robot manipulators in automated material handling and processing

Motion coordination planning and control play a crucial role in robot application to Cartesian task operations with taking into account kinematics and dynamics constraints. This paper presents a unified approach to coordination planning and control for robot position and orientation trajectories in Cartesian space. The concept of generalised robot pose is defined as the robot configuration consisting of position and orientation, in which the orientation is described by a vector equivalent to the rotational angular displacement. The robot pose ruled surface is formed as a three-dimensional motion locus of its configuration vector. The unified treatment of the end-effector positions and orientations is based on the robot pose ruled surface concept and used in trajectory interpolations. The coordination planning of pose trajectories for the robot end effector is accomplished by generating and optimising the pose ruled surface under the constraints of kinematics and dynamics performances. The coordination control is implemented through controlling the motion laws of two end points of the orientation vector and calculating the coordinates of instantaneous corresponding points. The simulation experiment using PUMA 560 robot in arc welding and surface finishing processes are carried out to verify the feasibility of the proposed approach and demonstrate the capabilities of generation and control models.     

考虑基坐标系误差的机器人运动学标定方法

提出了一种基于机器人几何参数误差与基坐标系位姿误差的六轴串联型机器人误差标定方法.首先基于MD-H方法建立了IRB6700机器人几何参数误差模型,得到机器人连杆几何参数误差到机器人末端位姿误差的映射关系;然后进一步考虑了基坐标系的位姿误差,并建立了考虑基坐标系误差的机器人误差模型;此外,针对传统标定方法操作繁琐、偶然误...     

机器人关节间隙误差分析

对关节间隙变量采用二维矢量表示法,分析了机器人关节间隙对机器人末端位置重复精度的影响。假设关节间隙随机性为某种分布,根据概率论建立了机器人末端点概率密度函数,从而得到机器人末端的误差分布函数。利用该方法对RHJD4-16自由度弧焊机器人关节间隙误差进行了分析,研究了关节间隙对空间机器人末端位置重复精度的不确定性影响情况,得到了关节间隙误差与机器人末端位置重复精度的约束关系,为机器人机构设计和机器人精度分析提供了理论依据。     

一种串并联式Stewart平台机构的误差分析

设计了一种由双级并联机构组成的位姿精调试验平台 ,分析了平台上每个铰链点的位置误差和各支链的长度误差对试验平台末端执行器运动精度的影响 ,建立了试验平台末端误差的数学模型。仿真结果表明 ,该机构的位姿误差具有线性叠加性 ,这种串并联平台末端误差的相对变化量很小 ,基于该构型的试验平台可达到较高运动精度。     

未知时变环境下采摘机器人电液伺服控制系统

为保证采摘机器人在未知时变环境下的控制稳定性和机器人末端执行器的位置执行精度,优化采摘机器人电液伺服控制系统。系统基于直流电动机驱动机器人各个关节,构建采摘机器人电液伺服控制系统的数学模型;通过加权自扰动递推最小二乘法辨识采摘机器人接触动力学模型实时控制参数后,结合小脑神经网络和PID算法,分别实现前馈控制和反馈控制,以此优化采摘机器人电液伺服控制系统。结果表明：优化后系统具备较好的控制参数辨识效果,机器人末端执行器在3个方向的误差接近于0;可在2 s内完成控制,超调量在2%以内;控制机器人在静态和动态2种状态下,液压缸活塞的位移结果均低于1.6 cm。