基于Open Inventor的六自由度并联机器人虚拟同步运动研究

针对六自由度大载荷并联机器人的工作监控问题,以Open Inventor为开发平台,对并联机器人虚拟同步运动进行了研究。首先,用Pro/E进行了零部件建模,并导入Open Inventor开发环境,用VRML虚拟现实语言描述了各零部件的连接关系,搭建了虚拟机器人;然后,构建了由立体视觉和位置正解算法组成的复合检测系统,用以实时检测实体并联机器人的位姿;最后,将位姿信息传送至虚拟机器人,由Open Inventor借助其场景渲染能力,利用内置的引擎工具完成了虚拟机器人的同步运动。试验研究结果表明,该机器人虚拟运动逼真流畅,位姿检测精度能控制在0.05 mm内,位姿检测与计算带来的虚拟运动延迟能够控制在0.5 s内;系统不仅能够满足并联机器人一般监控的需要,还提供了一种可供参考的精确位姿检测方式。     

六自由度并联驱动平台机构的位置姿态精度控制

位置姿态的精度问题是六自由度并联伺服驱动平台的关键技术之一。本文对六自由度并联平台机构的位置姿态精度控制进行了探讨，分析了几种位姿精度补偿的方法。同时，针对实际对象，作了六自由度并联平台位姿精度控制的初步试验，结果表明，所采取的平台位姿精度控制方法具有一定的有效性     

基于双目视觉的机械零件位姿检测系统研究

针对机械零件搬运过程中需要精确测量零件位姿的实际问题,基于VS220双目立体视觉测量系统平台,设计了一种机械零件位姿检测系统。采用改进的Canny边缘检测算法,对零件边缘进行了轮廓识别,利用尺度不变特征转换方法进行了零件特征点的提取与立体匹配;利用立体视觉三维重建方法,建立了位姿检测系统数学模型,通过求解坐标系之间的转换关系,计算出了零件在传送带上放置的位置和方向等信息;通过VC++语言编写了位姿识别算法程序,实现了零件形状与位姿的识别;搭建了位姿测试系统实验平台,进行了测试实验。实验结果表明:系统能快速有效地对零件进行位姿检测,为实现零件的自动上下料提供了技术支撑。     

Stewart平台动态位姿立体视觉检测中的图像处理

本文提出采用立体视觉检测Ｓｔｅｗａｒｔ平台动态位姿,并着重研究其中的图像处理部分。     

面向光学精密装配的微操作机器人

为完成复杂的光学精密装配任务,开发一种多传感器混合控制的宏/微结合微操作机器人系统.在分析光学装配原理的基础上,阐述机器人系统的组成.研制由交流伺服电动机驱动的6自由度并联机构和由压电陶瓷驱动的5自由度柔性铰链机构,分别实现光学器件的粗定位及精定位,由压电陶瓷驱动的二级杠杆放大机构实现光学器件的可靠夹持.建立包括位姿检测、显微视觉、激光损耗检测及力检测的多传感器控制系统,根据传感器采集的位姿信息、视觉信息、损耗信息及力信息协调控制宏/微定位工作台精确调整光学器件的位置和姿态,实现装配自动化.试验表明,开发的面向光学精密装配的微操作机器人能够成功地完成光学器件的精确装配.     

六自由度电液振动台自抗扰控制方法

电液振动平台易于实现低频大位移、大推力的振动激励,对于大型结构或试件的振动模拟试验具有重要价值。在工作环境中,常规的三状态控制器无法补偿由柔性基础及干扰力引起的扰动,其控制精度受到限制。为提升系统的跟踪精度,采用自抗扰控制器控制六自由度电液振动平台。对单个阀控缸机构设计自抗扰控制器后,结合三状态顺馈、位姿正解与雅可比矩阵完成对平台的加速度控制。通过位姿阶跃响应,加速度正弦运动及频率特性仿真,证明自抗扰控制方法对六自由度电液振动台具有更好的控制效果。     

新型三维平台机床及其初始装配位姿误差解耦分析

提出一种以3-2-1-SPS三维平台机构为原形的新型六自由度并联机床结构型式，介绍了其结构特点，论证该种结构形式的并联机床在其正交位姿是误差解耦的，选择正交位姿为机床初始装配位姿，改善了机床的装配工艺性。     

核主泵螺栓检测装置的环形轨道平台位姿调控并联机构综合

主泵中空法兰螺栓在线检测装置轨道平台作为整个装置的运行基准,其位姿调控是实现精准超声检测的核心技术;将装置末端超声探头定位、倾摆、偏航误差映射为轨道平台的几何形态误差;提出基于形位测度思路的轨道平台调控机制。即将环形轨道、主泵筒体映射为并联机构的动、静平台,轨道平台与主泵主体六自由度相对位姿调控过程分解为具有几何意义的水平度、同心度有序调节过程;基于方位特征理论构型组合方案,综合出对应水平度调节的一平移两转动(1T2R)并联机构及同心度调节两平移一转动(2T1R)并联机构构型。所综合并联机构构型确保了轨道平台安装调整过程具有可调性、解耦性,其研究思路及可操作性设计方法可为多自由度调节机构设计提供思路。     

基于CarSim和Matlab的智能车辆视觉里程计仿真平台设计

基于特征的视觉里程计系统主要由特征检测与跟踪模块以及位姿计算模块两部分组成。为分析车载视觉里程计系统中引入车辆运动学约束的位姿计算算法性能,根据摄像机成像及视觉几何学原理,采用Matlab结合车辆动力学仿真软件CarSim建立车载视觉里程计仿真平台。该仿真平台由车辆运动仿真模块、成像仿真模块、数据显示与分析模块组成,仿真平台的测试对象为视觉里程计的位姿估计算法模块。该仿真平台充分考虑车载视觉定位系统的运动特性,为研究车辆运动学约束在视觉里程计系统中的应用提供新的思路和工具。对提出的一种全新的基于车辆运动学约束的位姿估计内层算法,在此仿真平台上进行性能验证。仿真结果表明,该算法在计算精度与效率上都能够满足实时车载视觉定位的要求。     

六自由度并联平台的模态分析方法研究

通过实验模态分析和灵敏度分析的方法可以获得六自由度并联平台在典型位姿下的低阶固有频率、振型、阻尼比,并确定其薄弱环节.以BKX-Ⅰ型并联机床为例对六自由度并联平台的实验模态分析和灵敏度分析方法进行了研究,并提出了提高六自由度并联平台动态特性的具体措施,为其结构的动态设计和优化设计提供了有效方法.     

动载体光电平台角位移精密测量方法研究

提出了用位移传感器实时测量动载体光电平台六自由度位移的方法,并推导了该方法的理论公式,即通过坐标变换推导出了平台惯性坐标系、平台固连坐标系及传感器平面坐标系之间的关系,得到了传感器测试信号与平台位移量之间的关系式。通过传感器采集的实时位移值,计算出了平台六自由度位移,并分析了影响该方法测试精度的多个因素,得出了该方法可通过选用不同频带、不同精度的传感器,实现不同振动环境下隔振平台六自由度位移的动态精密测量的结论。理论分析表明,该测量方法简单有效,适用范围广,有较大的推广价值。     

六坐标位姿测量机的设计与研究

该测量机构由串联位置测量机构和并联姿态测量机构组成,具有较大的工作空间和较高的测量精度。机构中设置了一个冗余自由度和重力平衡装置,从而具有很好的灵活性。通过机构综合的方法,合理设计并联姿态测量机构,克服了并联机构正解的困难,使得姿态测量参数存在显式解,从而被测物体的六个坐标参数可以实时显示。由作图法得出机构工作空间。误差建模分析了机构的测量误差,并针对并联姿态测量机构测量误差最小作为目标函数优化了机构运动学设计参数。     

一种全站仪免置平实现的刚体六自由度测量方法

刚体六自由度是机械系统重要参数,其测量既可应用于运动学与动力学理论模型的验证,也可作为已知条件求解系统的约束反力等动力学分析。针对目前六自由度测量对仪器需求高、操作复杂的问题,提出一种基于常规测绘仪器全站仪实现的世界坐标系下刚体六自由度的测量方法,特点是通过全站仪测量分别设置在世界坐标系（World coordinate system,W系）和刚体的体坐标系（Body coordinate system,B系）一组已知控制点,即可实现刚体六自由度的测量,而且测量过程中全站仪无须置平操作。论文基于矩阵分析法分析了本全站仪免置平测量六自由度方法的原理,提出了数学模型并通过最小二乘法和奇异值分解相结合,实现模型的解算,在此基础上提出了本方法完整的应用步骤。利用SGT320E型三轴多功能转台与KTS460RM全站仪对本文方法进行了试验验证,并进行了相关误差分析。结果表明,全站仪免置平实现的刚体六自由度测量所得欧拉角精度（按Z-Y-X旋转顺序）分别为2.738°、3.424°、2.344°;刚体质心位置精度（按X-Y-Z顺序）分别为0.006 m、0.013 m、0.009 m,证明全站仪免置平测量方法理论和实践应用的可行性,可以满足多体机械系统中刚体六自由度的测量需求。     

面向系统的平面公差语义及其数学模型

针对机床系统的数字化精度分析及公差设计需求,以平面为例,提出了面向系统的公差语义并给出了其数学模型。面向系统的公差语义被定义为零件几何要素的公差对其广义配合件在6个自由度上的作用输出。遵循所提出的建模原则,公差域的数学描述基于零件的三维造型特征点,并适用于零件和装配两个层面。推导出了平面公差的6个输出参数并表示为齐次坐标变换矩阵的形式,实现了公差数学模型与机床系统误差模型的兼容。最后给出了一个在公差调整中的应用示例。     

Positioning error correction using virtual coordinate system for mMTs

In this paper, a new calibration and correction method is proposed to effectively improve positioning accuracy of practical 3-DOF positioning devices of miniaturized machine tools (mMTs). The method is composed of correction of the machine’s coordinate system, which is distorted due to the effects of various error components, and correction of positioning errors at arbitrary points in workspace using this corrected coordinate system. If only positioning results could be measured and assessed three-dimensionally, squareness and scale errors of the mMTs’ coordinate system can be corrected using this method without any additional device or jig. The proposed method was applied to correct the positioning errors of a serial-type 3-DOF precision positioning device used for a micro/nano-pattering system. After correction of over 40 μm × 40 μm × 40 μm of its workspace, the positioning accuracy was successfully improved by about 98%.     

飞行模拟器六自由度运动系统负载交联耦合的研究

以所研制的飞行模拟器液压六自由度运动系统试验样机为研究对象 ,通过建立运动系统的多通道数学模型 ,对并联六自由度运动系统的耦合特性作了定性分析 ,探讨了该类控制系统的特点和适用的控制策略 ,并在试验样机上作了实验研究 ,从理论和实践上对并联六自由度运动系统的负载交联耦合特性作了深入的研究。     

液压6-DOF并联机器人的振动特性研究

将6-DOF并联机器人的液压分支作为假想的单开链，由空间机构的位姿关系建立其组成构件的局部坐标系，并利用RPY角描述方法，通过转移矩阵将各构件的刚度及阻尼矩阵依次转移到固定坐标系中，得到了系统振动的运动微分方程。通过复模态分析，求得运动平台的振动响应。结合实例研究了系统刚度随平台结构参数和姿态的变化规律，并分析了运动平台在起动时的强迫振动响应。     

新型3-PRRS并联机构的位置正反解分析

对新型六自由度3-PRRS并联机构进行运动学分析,推导了解析形式的运动学反解,利用封闭解法研究其运动学全部正解。根据每条支链2个转动副对动平台的不同影响,通过坐标变换和引入角度变量φi,得到动平台3个铰链点坐标;以这三点之间的固定长度为约束条件,建立约束方程,得到以φi为变量的3个超越方程,通过消元法得到16次线性代数方程;利用MATLAB软件编程求解全部位置正解。应用算例对位置正反解进行了数值验证,正解结果与反解结果吻合。研究结果为应用于虚拟轴并联机床的新型3-PRRS并联机构的尺度综合、奇异位形分析、输出误差分析和轨迹控制等方面的研究奠定了基础。     

6-SPS球平台并联机器人及其局部力和运动传递性能分析

提出一种6-SPS球平台6自由度正交并联机器人新机型,介绍其结构布局特点,对其局部力与运动传递性能及它们与机构几何参数关系进行分析,为其设计和实用化提供理论依据。分析结果表明,该球平台机构在正交位姿力和运动传递性能各向同性,特别适合于作为6自由度微动操作机器人和6维力传感器结构。