机器人视觉定位误差分析与试验研究

机器人视觉定位误差对于机器人准确抓取具有重要的影响。基于Hexsight 4.0和四轴视觉运动平台,首先对CCD相机进行标定,然后选择圆形、正三角形、正四边形、正六边形等典型图案,测量了视觉机器人对目标的抓取精度及机械臂转动角度的误差,分析了典型图案目标对视觉定位精度的影响。视觉机器人对圆型、正四边形的定位误差为0.4~1.2 mm,对正三角形、正六边形的定位误差为0.5~1.8 mm.对圆形的角度跟踪精度误差在-0.2°~0.2°,对正三角形、正四边形、正六边形的角度跟踪精度误差为-0.3°~0.5°.研究结果对于视觉机器人抓取和上下料的应用具有一定的实际意义。     

基于机床运动学模型的加工面形误差影响因素

面形精度是衡量工件加工面精度的一个重要指标,机床误差是影响工件面形精度的最关键因素。构建了5-DOF串并联机床运动学正解和逆解模型,并采用Matlab软件进行编程,对机床的11项误差参数进行设定,研究了误差参数对工件面形误差的影响。研究表明,机床上并联的3个连杆各自的角度误差对工件面形误差的影响非常相近;立柱根部Z向角度误差引起的工件面形误差最大,0. 15°的角度误差引起的工件表面最大面形误差达7. 7 mm;机床上位置误差项对工件面形误差的影响普遍小于角度误差项,立柱根部X向位置误差引起的工件面形误差最大,1 mm位置误差引起的工件表面最大面形误差为1. 374 4 mm。该研究可为机床公差设计、刚度控制以及安装调整提供重要的依据。     

可变胞并联机械臂样机的研制与误差分析

提出了一种通过驱动副锁定组合实现变胞的超冗余并联机械臂,其基础构型是3-PUPS并联机构,对机械臂进行了误差建模与分析,并通过标定系统测量了机械臂实验样机的定位误差。首先,提出了通过对3-PUPS机构各驱动副的组合锁定实现机械臂变胞的设计思路,从而使机械臂可以根据任务需求改变自身构型和性能;然后,采用含误差源的闭环矢量回路法,建立了机械臂3-PUPS机构的误差传递模型,并以此为基础,分析了机械臂的各误差源对其运动平台输出误差的影响规律;接着,根据各误差源对机械臂的输出误差影响程度,确定了各主要运动副配合零件的加工精度等级及公差,在此基础上研制出机械臂的实验样机;最后,采用一套高精度的工业机器人标定系统对机械臂的实验样机进行了定位误差测量,实验表明:机械臂的运动平台的位置误差均在0.005~0.038mm之间,姿态误差均在0.010~0.044°之间,位置误差比通用式工业机器人的位置重复定位精度0.05mm略有提高,姿态误差与通用式工业机器人的姿态重复定位精度0.045°相当。     

考虑驱动耦合的绳驱动外肢体机器人运动建模及控制研究

针对绳驱动外肢体机器人由于其布线形式及驱动耦合所造成的运动建模复杂及控制精度低等问题,研究了一种考虑驱 动耦合的绳驱动外肢体机器人运动建模及控制方法。 基于 D-H 法和欧拉变换原理构建了刚柔一体外肢体机器人的运动学模 型,并根据关节耦合机理推导相邻关节间的主动解耦模型,提出了一种基于驱动解耦运动学模型的外肢体控制策略。 最后搭建 了外肢体机器人实验样机,并对其所建运动模型及控制方法进行验证。 结果表明,机器人末端多点定位误差最大为 7. 45 mm, 移动路径最大误差为 7. 24 mm,总体误差平均值为 6. 08 mm,由此验证了所提的刚柔一体外肢体机器人驱动解耦运动学模型和 控制策略的正确性,具有较好的控制精度和运动品质。     

高速平面6杆并联机器人运动学建模与误差分析

并联机器人具有负载能力强、运动速度快和刚度大等优点,弥补了串联机器人的不足,使得并联机构成为一个潜在的高速度、高精度运动平台。平面6杆并联机器人改善了经典平面5杆并联机构工作空间内存在较多的奇异性和承载能力差、刚度低的缺陷。基于高速平面6杆并联机器人结构,建立了运动学正向和逆向求解模型;针对机构存在的基座定位误差、驱动角误差和连杆加工误差对控制精度的影响进行了系统、深入地研究,为实现机器人结构的最优化设计和高速、高精度控制,奠定了理论基础。     

2TPR&2TPS 并联机构的位姿误差建模与补偿研究

位姿精度是评价机器人性能好坏的一个重要指标,建立有效的补偿算法是提高机器人位姿精度的重要保证。 本文以 一种 2TPR&2TPS 并联机器人为研究对象,建立了基于正解的误差模型,根据该误差模型得出了动、静平台位置参数误差及 驱动杆零点长度误差与机器人末端位姿误差的关系,同时建立了基于逆解的补偿算法。 通过粒子群算法对误差函数的最小 值寻优,得到了机器人驱动杆补偿量和位姿补偿量,仿真得出该机器人的平均位置精度提升了 98. 148% ;将驱动杆补偿量与 理想位姿对应的驱动杆长叠加作为机器人的驱动杆输入量进行实验验证,实验得出机器人的平均位置精度提升了 87. 457% ,补偿效果显著。     

3-PPPS并联机翼调姿机构运动学标定

为解决一种3-PPPS并联机翼调姿机构因制造、装配过程中存在的误差因素所引起的调姿精度不高的问题,考虑了调姿系统结构误差因素对调姿机构位姿精度的影响。采用空间矢量链建立机翼部件调姿位移逆解方程,通过微分机构运动学方程,得到包含39项误差源的调姿机构位姿误差与几何误差之间的映射方程。利用激光跟踪仪测量调姿机构测量机翼参考点位置和定位器各轴的实际驱动量。通过最小二乘迭代法辨识出定位器结构误差,修正定位器反向驱动位移求解参数。经过运动学标定实验后,调姿平台的位置最大误差由2.68 mm降为0.82mm,角度最大误差由0.481°降为0.167°,从而验证了标定方法的有效性。     

6-PSS并联机构误差分析及标定

为提高6-PSS并联机构的运动精度,需对其进行误差分析和标定研究。利用矢量法构建并联6自由度机构的误差模型,根据MATLAB计算得到机构的误差源对动平台末端位姿影响的灵敏度。对机构进行误差综合分析,结合运动学正解和逆解,提出一种新的基于机构坐标轴姿态约束的运动学标定方法。根据测量初始值,利用标定算法解算得到机构的标定值。借助外部检测设备测量得机构标定前和标定后的位移和角度误差,标定后位移误差由10mm减小到1mm,角度误差由0．3°减小到0．1°。以实际测量数据验证了该标定方法的有效性和正确性,并最终提高了并联机构的运动精度。     

新型混联码垛机器人概率精度分析

针对机器人全局性定位精度分析及误差评定问题,提出了概率精度指标及其定义,同时提出了机器人在整个工作空间内概率精度分析的MATLAB软件模拟方法;并以新型混联码垛机器人为例,建立了基于MDH模型的机器人定位误差模型,采用概率精度法进行定位精度预估和灵敏度分析;模拟结果表明,机器人在不同工作点处的定位误差不同,综合定位误差不是各误差源的简单叠加;为机器人最优工作点的选取,各连杆加工精度等级和装配工艺的设计制定及柔性误差补偿提供了理论依据。     

液压驱动Stewart平台非线性自适应控制器设计

电液驱动Stewart平台具有高度非线性特性,且各个通道之间存在严重的负载交联耦合,影响了仿真模拟器运动的平滑性和逼真度.以往这种系统的控制器大都是以驱动分支作为被控对象进行设计的,忽略了各个通道之间负载交联耦合的影响,导致系统控制精度的降低,严重时甚至可能造成系统的不稳定.针对上述问题,提出以动平台为被控对象,根据动平台动力学方程设计一种基于加速度鲁棒观测器的非线性自适应控制器的方法,通过Lyapunov方法证明该控制算法具有渐进稳定性.试验表明提出的控制算法在提高平台控制精度和抑制通道间负载交联耦合方面的效果较理想.