基于BAS-PSO算法的机器人定位精度提升

鉴于工业机器人的精度性能无法满足高端制造领域的要求,研究了机器人定位精度提升方法,阐述了基于位姿微分变换的运动学误差模型和基于坐标误差传递的运动学误差模型的构建方法,提出了一种基于BAS-PSO算法的运动学参数辨识方法,并通过实验对比分析了不同运动学误差模型的精度。实验结果表明,基于BAS-PSO算法辨识后TX60机器人的平均综合位置/姿态误差分别从(0.312 mm,0.221°)降低为(0.093 8 mm,0.044 2°);而基于正运动学模型直接辨识后机器人的平均位置误差和平均姿态误差分别为0.097 5 mm和0.098 6°。本文提出的BAS-PSO算法具有较好的辨识精度和收敛速度,直接利用正运动学模型辨识的机器人运动学参数具有更好的辨识稳定性和精度。     

3自由度并联坐标测量机运动学参数标定与计算机仿真

首先对3自由度并联坐标测量机的组成结构及工作原理进行了介绍,然后针对该坐标测量机的运动特点,提出了一种基于逐次逼近算法的运动学参数标定方法,并利用该方法对所研究的并联坐标测量机的22个主要运动学参数进行了辨识,最后通过计算机仿真,对辨识结果进行了验证,从而为提高该坐标测量机的测量精度奠定了理论基础。     

基于复合标定和极限学习机的关节臂式坐标测量机残差建模及补偿

运动学标定是提高关节臂式坐标测量机精度的主要方法，但运动学标定后的残余误差对其测量精度和稳定性仍有很大影响。本文提出一种基于复合标定和极限学习机的关节臂式坐标测量机残差建模及补偿方法，以提高关节臂式坐标测量机的测量精度。首先，在关节臂式坐标测量机运动学建模和误差建模的基础上，建立了运动学参数辨识模型，并依次进行角度参数辨识、长度参数辨识和长度参数等比例缩放的复合辨识，完成了七自由度关节臂式坐标测量机的运动学标定。其次，通过对标定后残余误差图谱的分析，发现残余误差与测量构型有关联，进而构建了以测量摆角、仰角、距离和转角为变量的测量构型。由于测量构型变量与残余误差存在强非线性关系，提出一种基于极限学习机的残余误差预测和补偿方法。通过实验对本文所提模型及方法的有效性进行验证，结果表明：进行残差修正后关节臂式坐标测量机的单点测量误差最大值由0.061 mm下降到0.044 mm，误差均值由0.023 mm下降到0.017 mm，误差标准差由0.011mm下降到0.007 mm；长度测量误差最大值由0.137 mm下降到0.074 mm，误差均值由0.033 mm下降到0.021 mm、误差标准...     

非接触式五坐标测量机系统几何参数的辨识方法

针对所研发的非接触式五坐标测量机,介绍了其系统组成及工作原理。采用多体运动学理论与齐次坐标变换的方法建立了系统的测量数学模型。对于数学模型中的未知几何参数,提出了基于测量实物基准的参数辨识方法,实现了对三个未知几何参数的辨识。实验结果表明该方法是有效、可行的,三个几何参数辨识的重复误差都在2μm以内。     

一种三自由度并联机构的运动学标定

以一种三自由度并联机构测量机为研究对象,给出了机构的正解运动学模型,在此基础上阐述了运动学标定方法,给出了标定步骤,通过计算机编程对其进行了参数辨识.对标定前后的运动学参数与实际值进行了比较,标定前后的测头误差也进行了比较,从而验证了标定方法的正确可行性.     

应用LPOE公式与遗传算法标定导引头运动学参数

提出了一种导引头运动学参数标定方法,用于提高两轴双框架导引头的视轴静态指向精度。首先,根据导引头稳定平台的光机结构特点,应用局部指数积(LPOE)公式建立了导引头理论运动学模型;通过分析轴系误差对运动学参数的影响,修正了理论运动学模型。然后,结合参数标定原理,设计了遗传算法。该算法采用多点交叉与自适应变异概率来提高搜索效率并求得全局最优解。以视轴静态指向误差为目标函数,利用遗传算法对运动学参数进行了辨识。最后,利用激光跟踪仪测得两组数据,分别用于辨识参数及验证标定模型。实验结果表明:视轴的静态指向精度由标定前的109.9″提高到22.3″,显示提出的标定方法能够有效的修正导引头运动学参数。     

工业机器人运动学逆向建模

针对工业机器人在缺乏运动学参数的情况下,进行机器人运动学逆向建模的研究,给出了机器人机座坐标系位置及杆件参数的识别方法,建立了机器人的运动学方程。并分析了计算的末端位姿与示教器显示末端位姿存在的偏差,指出从机器人示教器上读出的关节转角数据存在舍入误差,采用遗传算法分别以位置误差和位姿误差为目标函数进行了辨识。辨识结果表明,以位姿误差为目标函数来辨识关节转角误差的辨识结果是准确的。试验结果表明,提出的机器人运动学逆向建模方法是有效的。     

一类带冗余支链并联机器的运动学自标定

利用冗余支链测量信息,对一类带冗余支链并联机器的运动学参数进行自标定。通过矢量闭环微分法,建立冗余支链运动学误差模型,并通过多个位姿处误差传递矩阵的组合,得到自标定的辨识雅可比矩阵。针对部分运动学参数误差辨识性差的问题,提出一种基于辨识雅可比矩阵各列线性相关性分析的辨识性分析方法,得到可辨识的运动学参数误差线性耦合式,并简化误差辨识方程使辨识性提高。最后利用冗余支链角度编码器测量信息,完成一个4RRR冗余并联机器的运动学自标定,仿真结果显示,基于冗余支链的运动学自标定能有效提高冗余支链和机构终端运动精度。     

一个特殊3自由度并联机构的精度分析及标定

运动学标定是一种提高机器精度的有效方法。一个改进的误差分析和标定方法得到仿真验证,解决一个用做锻压操作机台虎钳的特殊3自由度并联机器的标定问题。通过建立运动学正解和逆解模型,得到机构的运动空间并对机构进行运动学精度分析,得到机构所有误差源对终端位姿误差的影响因子。结合零部件加工工艺性及精度分析的结果,确定需要标定的误差源,并利用直接微分法得到机构的雅可比矩阵。随机选点建立误差辨识矩阵对机构运动学参数进行标定辨识,Matlab仿真结果显示,经过1次运算得到的运动学参数误差的辨识值与真值之间的偏差小于5%,验证了针对这一特殊3自由度并联机器的精度分析和标定方法的有效性。     

基于遗传算法与最小最大优化方法的六自由度放疗床参数辨识方法

为了对放疗床进行结构标定,以提高放疗床的定位精度,提出了一种遗传算法与最小最大优化方法相结合的参数辨识方法。根据机构的运动学逆解建立了放疗床的标定模型;结合遗传算法与最小最大优化方法的优点对放疗床的60个参数进行参数辨识,有效减小了目标函数的残差;以激光跟踪仪作为测量工具,对若干组任意位姿进行绝对定位精度实验和重复定位位置精度实验,以验证参数辨识结果。实验结果表明,经过标定后放疗床的绝对定位精度的位置误差小于0.3mm,姿态误差小于0.1°;重复定位位置精度的位置误差小于0.01mm。故所提出的参数辨识方法能够实现对放疗床的标定,且标定精度能够满足放疗床的使用要求。     

Ultrasound-guided prostate percutaneous intervention robot system and calibration by informative particle swarm optimization

Applying a robot system in ultrasound-guided percutaneous intervention is an effective approach for prostate cancer diagnosis and treatment. The limited space for robot manipulation restricts structure volume and motion. In this paper, an 8-degree-of-freedom robot system is proposed for ultrasound probe manipulation, needle positioning, and needle insertion. A novel parallel structure is employed in the robot system for space saving, structural rigidity, and collision avoidance. The particle swarm optimization method based on informative value is proposed for kinematic parameter identification to calibrate the parallel structure accurately. The method identifies parameters in the modified kinematic model stepwise according to parameter discernibility. Verification experiments prove that the robot system can realize motions needed in targeting. By applying the calibration method, a reasonable, reliable forward kinematic model is built, and the average errors can be limited to 0.963 and 1.846 mm for insertion point and target point, respectively.     

神光-Ⅲ精密光学模块侧装机械手运动学分析

为顺利将激光聚变试验所需的光学模块安装至主机试验装置中,设计了一种八自由度侧装机器人。通过D-H法建立机器人各杆件的参考坐标系并获得D-H参数,推导出该侧装机器人运动学正解。提出采用关节变量虚化法构建出一个虚拟六自由度机器人,并利用解析法求解虚拟六自由度机器人运动学逆解。基于关节占用空间最小的原则,结合麦夸特算法利用1stOpt软件对关节3和关节4的位置进行求解,进而求解八自由度侧装机器人运动学逆解,并通过实例验证逆解算法的正确性。对运动学分析求解可以用于机械臂末端执行器的精确定位和运动规划,为实现八自由度侧装机器人的轨迹规划及实时控制等提供理论参考。     

机械传动系统运动精度优化分配新方法

为对机械传动系统的运动精度进行合理分配,结合元动作理论,提出了一种机械传动系统运动精度优化分配新方法.首先利用"功能运动动作"结构化分解树对机械系统进行结构化分解,得到基本的元动作和元动作链;然后以元动作链为研究对象,分析运动精度形成机理,建立运动误差传递模型;考虑成本因素和运动误差灵敏度因素,建立了成本函数和鲁棒性函...     

Automatic Design Theory and Realization of Kinematic Schemes for Mechanism System

Based on an analysis of mechanism combination methods of a current mechanism system kinematic scheme, input/output kinematic behavior and their constraint relations were proposed to represent the kinematic behavior knowledge of a mechanism system. Furthermore, a tree structure of a kinematic behavior decomposition process for a mechanism system was provided. Considering multiple outputs for a mechanism system, the matching algorithm and the attributes propagation method of kinematic behavior were used to generate a mechanism combination scheme. Its intermediate design solution and the constraint relations between input and output are generated to fill the common blackboard. Moreover, using information in the blackboard as input motion, the behavior attributes of other process actions are transmitted to attribute items of the blackboard, which finally enables a computer-aided automatic design process of a mechanism system kinematic scheme. To avoid the problem of schemes combination explosion caused by unbounded depth in the search process, bounded depth-first search was used to control the number of expanded hierarchies for a design tree. Finally, an example was given to show its feasibility and solution efficiency. Translated from the Journal of Shanghai Jiaotong University, 2004, 38(6) (in Chinese) This work was supported by the National Natural Science Foundation of China (grant 59875058)     

基于结构特征的含复铰和高副的平面运动链分类

提出了基于结构特征的含复铰和高副平面运动链的分类方法。定义了度谱、阶谱、复铰谱、多阶杆连接铰链谱和高副谱作为含复铰和高副平面运动链的结构特征。通过结构类型综合获得运动链的构件邻接矩阵后，就可以计算这些结构特征。据此得到了从八杆以下平面连杆运动链生成的全部独立的含复铰和高副平面运动链共174类396种。     

多刚体系统运动学分析的自然坐标法及在悬架运动学分析中的应用

本文介绍了一种适用于计算机分析的多刚体系统运动学分析的自然坐标法。利用自然坐标描述多刚体系统时,只需要一些点和一些单位向量,刚体的约束方程和运动副的约束方程组成了多刚体系统的运动学约束方程。约束方程均为线性或二次方程,因此求解方便。文中利用该方法分析了Maepherson悬架的轮胎横向滑移量、主倾内倾角等与车轮上、下跳动距离的关系。     

锡膏印刷机印刷系统的误差分析与补偿

为了减小或消除全自动视觉锡膏印刷机的印刷系统误差,在介绍了锡膏印刷机系统的组成和功能的基础上,通过分析运动机构产生系统误差的原因和作用过程,针对平台运动机构误差做了定量分析,并对平台运动机构进行了误差测试,根据测试得到的结果数据,设计了一种减小印刷系统误差的补偿方案。实验结果表明,对印刷系统的误差测试与分析是合理的,所建立的印刷系统的误差模型准确可靠,对运动精度的分析和实际生产装配有一定的指导意义。     

Hierarchical clustering approach for determination of isomorphism among planar kinematic chains and their derived mechanisms

The problem of isomorphism among kinematic chains and their derived mechanism has been a hot area of research from last several years. The researchers so far have proposed many methods which are mainly based on characteristic polynomial and some code based methods to test the isomorphism among kinematic chains. In this present communication a hierarchical clustering based computerized method is proposed for the above said problem and it is tested for planar kinematic chains upto twelve links without any counter examples. In this method a hierarchical clustering algorithm is also developed for the identification of distinct mechanism derived from kinematic chains. In this method kinematic chains are represented in the form of weighted squared shortest path distance matrix and this matrix is further transformed in the form of tree or dendrogram with the help of hierarchical clustering algorithm. This algorithm directly gives the number of distinct mechanism derived from a given kinematic chain. The cophenetic correlation coefficient of dendrogram is used as an index for isomorphism identification among kinematic chains. The proposed method is efficient and accurate and only one matrix for a given kinematic chain is developed for the determination of distinct mechanisms. This method is successfully examined for one degree of freedom, 6, 8, 10, 12 links planar kinematic chains, 9 links two degree of freedom and 10 links three degree of freedom planar kinematic chains. The computer algorithm for the proposed method has been proposed which can easily be converted into a computer program. These results are useful for designers to detect isomorphism in mechanisms derived from kinematic chains and duplication among kinematic chains.     

奔跑仿生机构的运动学模型构建与分析

对猎豹的奔跑机构的骨骼肌肉系统的运动学模型及运动学特性进行了研究。基于已有数据,对猎豹的前后肢建立了机构模型,对其奔跑的运动过程进行仿真,计算并描述其趾端运动轨迹;结合骨骼肌肉的位置参数与已构建的运动学模型,对猎豹的骨肌坐标系统进行建模,对肌肉肌群的长度变化进行计算;进行骨肌坐标系统的运动仿真,并利用肌肉力计算模型,求解了猎豹前后肢各关节的力矩变化。基于已有解剖学数据对哺乳动物的高速运动特性从仿生学角度进行了分析,为高速奔跑机构仿生机理的实现提供了切实的数据支持,对猎豹高速奔跑的运动学特性进行了充分研究。     

Coupled linkage system optimization for minimum power consumption

This paper presents the dynamic analysis and kinematic parameter optimization of a coupled linkage system for the purpose of employing the system in construction industry. So far, the kinematic optimization of wheel loaders was approached heuristically rather than utilizing elaborate theoretical examinations due to the complexity of coupled linkage structures. The results of the theoretical analysis and kinematic parameter optimization are presented in this paper. A wheel loader with Z-bar linkage was analyzed. For a given end-effector path, the linkage system was optimized to carry out effective motion while exhibiting minimum power consumption during operation. A modified principle of reduced system was applied in order to execute the dynamics analysis of the coupled linkage system. As a result, an optimal Z-bar linkage structure and a distribution of power consumption within the given conditions were obtained.