串联6自由度机器人关节刚度辨识与误差补偿研究

为提高串联6自由度机器人的绝对定位精度,针对几何参数误差补偿后的工业机器人关节刚度参数展开研究。首先,基于虚拟关节模型建立了工业机器人一维关节刚度误差模型。其次,为提高关节刚度参数的辨识精度与效率,利用BP神经网络对刚度误差模型进行拟合,以优化遗传算法的初始种群适应度。最后,利用激光跟踪仪AT930和ER10L-C10机器人进行实验,验证以上误差模型与关节刚度参数辨识算法。实验结果表明,经过关节刚度误差补偿后,机器人的平均距离误差与最大距离误差分别为0. 248 5 mm与0. 333 2 mm。相比于补偿前的距离误差,机器人定位精度提高了33. 7%。因此,通过改进遗传算法辨识得到的机器人关节刚度参数能够有效地提高机器人定位精度。     

基于PSO-SVR算法的工业机器人分级标定方法

为了提高六自由度机器人在应用中的定位精度,提出一种提高机器人绝对定位精度的分级标定方法。该方法第一阶段进行几何参数误差的标定,以改进的Denavit-Hartenberg(MD-H)模型为基础,加入减速比和耦合比的因素建立了完整的工业机器人几何参数误差模型,之后采用Levenberg-Marquarelt(LM)算法辨识出机器人的几何参数误差并计算出剩余残差;第二阶段建立基于粒子群—支持向量回归(PSO-SVR)算法的剩余误差预测模型,来预测并补偿修正几何参数后剩余的残留误差。最后,以六自由度工业机器人进行试验验证,经过分级标定后机器人末端中心点的平均位置误差由5.866 mm减少到0.211 6 mm,最大位置误差由10.322 9 mm减少到0.699 9 mm,验证了该标定算法的正确性和有效性。     

考虑测量空间的机器人绝对定位精度标定

相较于机床,工业机器人绝对定位精度较低,难以满足磨削等高精度加工工艺的需求,较大地限制了其应用拓展。针对该问题,本文重点考虑空间测量位置的优化与选择,提出了一种基于距离精度的机器人绝对定位精度标定方法。首先在空间测量位置对于测量精度影响分析的基础上,采用了雅克比矩阵条件数来定量描述机器人运动性能。结合机器人关节运动特征,分别给出了关节空间与末端笛卡尔运动空间内的机器人优化测量位置范围。然后采用MD-H运动学方法构建了机器人绝对定位精度误差模型,引入距离精度方法,通过距离误差计算避免了坐标系转换误差。最后基于KUKA机器人实验平台开展了标定实验,结果表明机器人平均绝对定位误差从标定前的1.191 mm降低到了0.096 mm,有效验证了方法的有效性。     

六自由度协作机器人绝对定位精度标定研究

针对六自由度协作机器人绝对定位精度低的问题,在忽略二阶以上微分误差项条件下,推导出基于微分变换的线性误差模型,并设计了改进的迭代Lavenberg-Marquardt算法求解运动学参数。采用激光跟踪仪对机器人进行现场标定试验,实验表明协作机器人的最大位置误差由0.7726mm降低到0.4415mm。结果表明该标定方法较传统标定方法标定精度更高,具有可行性。     

一种基于D-H参数的7自由度机械臂机构精度综合方法研究

提出了一种基于最佳精度模型的机械臂机构精度综合的方法,利用遗传算法对D-H参数公差优化分配,为机械臂的精度设计提供理论依据。以一种基于双电机伺服驱动关节的7自由度协作机械臂为研究对象,机械臂的几何定位精度的设计目标为1.4 mm,建立该型机械臂末端执行器的几何定位误差模型;对参数误差进行敏感性分析,找出对机械臂末端执行器几何定位误差影响相对较大的参数误差;根据最佳精度数学模型,利用遗传算法对D-H参数公差优化分配;经过对误差仿真计算分析,机械臂的最大几何定位误差为1.226 7 mm,均值为0.485 9 mm,方差为0.216 5 mm,满足设计要求。为该机械臂的制造装配提供了理论参考依据。与基于最小成本模型的精度综合法相比,提出的精度综合方法不需要统计加工制造成本信息,能够确保机械臂的设计精度满足设计要求,可用于单个或者小批量生产制造机械臂的精度设计。     

面向精度评价的并联机床参数辨识技术

基于并联机床外部标定,推导出辨识方程的残差近似等于标定后的位姿误差。为克服最小二乘法存在较大残差的缺陷,面向精度评价,提出最小最大优化的参数辨识技术,以残差最大绝对值最小为优化目标,直接控制误差范围。标定实例验证了最小二乘法缺陷的实际存在和最小最大优化抑制较大残差的效果。该参数辨识技术直接联系运动学标定和标定后的精度评价,简单有效的提高并联机床的整体精度。     

基于标定和关节空间插值的工业机器人轨迹误差补偿

轨迹精度是工业机器人重要的动态性能,目前工业机器人的轨迹精度远低于定位精度,提出一种基于机器人运动学标定和关节空间插值误差补偿的方法来提高机器人轨迹精度。基于MD-H方法建立机器人的运动学模型,在此基础上运用机器人微分运动学理论建立末端位置误差模型和轨迹误差模型。为克服最小二乘法等传统方法在数据噪声较大且不符合高斯分布时收敛慢甚至发散的问题,提出一种基于扩展卡尔曼滤波算法的机器人运动学参数辨识方法,实现运动学参数辨识的快速收敛。经过分析发现机器人误差在关节空间具有连续性的特点,为此提出一种关节空间插值误差补偿方法,建立网格形式的误差补偿数据库,并利用关节空间距离权重函数和已知的网格顶点误差计算各控制点的关节转角误差。通过试验对所提出的参数辨识和关节空间误差补偿方法进行了验证,试验结果表明：经过运动学参数辨识和补偿后机器人的绝对定位精度由1.039 mm提高到0.226 mm,轨迹精度由2.532 mm提高到1.873 mm,应用关节空间插值误差补偿后机器人的轨迹精度进一步提高到1.464 mm。     

平面3-RPR并联机构运动学参数标定

针对一种钣金件翻边机构运动精度差的问题开展运动学参数标定,翻边机构以平面3-RPR并联机构为构型.基于此构型建立运动学标定模型,完成误差传递模型建模以及参数辨识流程分析.最后开展标定实验,实验结果表明通过此运动学标定模型能有效提高机构的绝对定位精度,位置精度可达0.15 mm,姿态角精度可达0.014°.此运动学标定模型物理意义明确,结构清晰,对其他并联机构的标定研究具备参考意义.     

基于球杆仪的三自由度串联机械臂运动学标定方法研究

考虑所标定机械臂的几何结构特点,采用修正五参数法描述参数误差并建立机械臂末端位置误差模型;在机械臂零位标定基础上,采用单球杆一次安装测得标定所需数据;基于机械臂和球杆仪所组成闭链的几何约束条件和末端位置误差模型建立参数误差辨识模型,并用非线性最小二乘迭代法求得几何参数误差。完成了标定实验,并采用综合误差补偿法进行了机械臂误差补偿。在给定的两条测试轨迹上,球杆长度变化差分别由标定前的0.395 mm、0.456 mm减小到标定后的0.005 mm、0.010 mm。研究表明:该标定方法有效正确,提高了机械臂的位置精度。     

基于空间插值的工业机器人精度补偿方法理论与试验

随着工业机器人技术的不断发展,机器人在工业领域得到了越来越广泛的应用.针对机器人普遍存在重复定位精度高、绝对定位精度低的特点,提出一种改进其绝对定位精度的方法.以D-H运动学模型为基础建立机器人坐标系,并综合考虑机器人各关节参数引入的误差,建立机器人的位姿误差模型.利用该误差模型,通过分析相邻两点间定位误差之间的内在关联提出了定位误差相似度的概念,并在此基础上提出一种基于空间插值的工业机器人精度补偿方法.利用KUKA机器人对提出的精度补偿方法进行验证,试验结果表明,补偿前机器人的绝对定位精度为1～3mm,补偿后它的绝对定位误差的最大值为0.386 mm,平均值为0.156 mm,较未补偿前有了近一个数量级的提高,从而证明了该方法的可行性和有效性.     

基于病态参数分离的机器人运动学标定测量构型优化

针对一种高灵巧性机器人及其连杆参数高敏感性与高定位精度需求,为解决机器人运动学标定随机测量构型存在绝对 定位精度低、参数辨识效果及标定结果鲁棒性较差的问题,提出一种病态参数分离与 DETMAX-改进差分进化(DETMAX-IDE) 算法的机器人运动学标定测量构型分步优化方法。 首先,建立机器人位置误差模型。 其次,建立一种可观性综合指标,评价不 同机器人标定测量构型的总体可观测性和灵敏度。 最后,分离机器人运动学位置误差模型的病态参数,建立测量构型优化目标 函数和约束条件,提出一种基于 DETMAX 算法与改进差分进化算法结合的分步迭代优化算法(简称为 DETMAX-改进差分进化 算法,简写为 DETMAX-IDE 算法),开展机器人运动学标定测量构型分步迭代优化。 通过机器人运动学标定仿真与实验,验证 了所提方法的有效性。 实验结果表明,与随机测量构型相比,所提方法对应的机器人绝对定位精度的平均值和均方差分别降低 了 62. 09% 和 62. 45% 。     

大视场室内移动机器人高精度动态定位方法

高精度室内定位是移动机器人实现自主导航、运动控制和协同作业等任务的前提条件.利用单目视觉定位原理,提出了一种针对大视场的室内移动机器人绝对定位方法.该方法适用于室内多移动机器人同步动态定位,解决了大视场环境下多相机非线性标定和视场融合问题,相机标定精度提高了52.6％.为提高移动机器人动态定位精度,设计了基于光信标的高...     

六自由度工业机器人末端定位误差参数辨识与实验研究

为了提高六自由度工业机器人绝对定位精度,对工业机器人进行了运动学建模,并建立了基于MD-H参数误差的机器人末端定位误差辨识模型,应用激光跟踪仪测量系统采集样本点数据,应用基于奇异值分解的最小二乘法求解辨识模型,以获得几何参数误差,并根据辨识出的误差对机器人末端定位精度进行补偿,实验结果表明,经过辨识和补偿后,工业机器人...     

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...     

Design of a Two-Step Calibration Method of Kinematic Parameters for Serial Robots

Serial robots are used to handle workpieces with large dimensions, and calibrating kinematic parameters is one of the most efficient ways to upgrade their accuracy. Many models are set up to investigate how many kinematic parameters can be identified to meet the minimal principle,but the base frame and the kinematic parameter are indistinctly calibrated in a one-step way. A two-step method of calibrating kinematic parameters is proposed to improve the accuracy of the robot's base frame and kinematic parameters.The forward kinematics described with respect to the measuring coordinate frame are established based on the productof-exponential(POE) formula. In the first step the robot's base coordinate frame is calibrated by the unit quaternion form. The errors of both the robot's reference configuration and the base coordinate frame's pose are equivalently transformed to the zero-position errors of the robot's joints. The simplified model of the robot's positioning error is established in second-power explicit expressions. Then the identification model is finished by the least square method, requiring measuring position coordinates only. The complete subtasks of calibrating the robot's 39 kinematic parameters are finished in the second step. It's proved by a group of calibration experiments that by the proposed two-step calibration method the average absolute accuracy of industrial robots is updated to 0.23 mm. This paper presents that the robot's base frame should be calibrated before its kinematic parameters in order to upgrade its absolute positioning accuracy.     

基于多传感器信息融合的车辆高精度定位技术

为解决多轴应急救援车辆在复杂环境行驶时的定位误差问题,设计了一种基于多信息融合的组合定位系统,该定位系统主要由前端里程计和后端优化模型组成。首先完成三轴车运动学建模,推导出基于惯性测量单元的运动学预测方程和基于全球定位系统的运动学观测方程,通过Kalman滤波器进行状态更新,完成前端里程计的构建;然后设计了基于迭代最近点匹配算法的外参标定工具,并构建了特征点云匹配模型,完成后端模型优化;最后进行了仿真与实验,研究结果表明,该系统定位误差为±3.45 cm,角度误差为±0.10°,准确性、稳定性均得到了很大的提高。     

用于子孔径拼接干涉系统的机械误差补偿算法

针对拼接干涉检测系统机械定位精度引起的各子孔径间的相对定位误差,提出了含定位误差补偿项的全局最优化拼接算法。介绍了该算法原理,从理论上分析了该算法拟合出的平移和旋转定位系数的精度。结合MetroPro和Matlab软件仿真模拟实验,分析了机械定位误差对拼接检测精度的影响。实验表明:拟合出的平移定位系数精度高于旋转定位系数精度,与理论分析一致;相对于一般算法,该算法对机械误差有较强的免疫力。在搭建的拼接检测装置上检测了口径为150mm的平面镜,结果显示:拼接结果与干涉仪直接检测的全口径相位残差的分布峰谷值(PV)为0.015 30λ,均方根值(RMS)为0.001 570λ,得到的结果十分接近,验证了该算法稳定可靠,能够合理有效地补偿机械精度引起的子孔径定位误差。     

基于冗余基准孔的轻型移动制孔系统定位方法

飞机自动化装配过程中,制孔系统能否精确定位将直接影响装配精度。一般通过人工预先制得基准孔,检测基准孔在制孔系统下的位置,与在产品中的位置比较得到空间转换关系以完成系统定位。为提高轻型移动制孔系统的定位精度,提出了一种基于冗余基准孔的轻型移动制孔系统定位方法,使用罗德里格矩阵重新构建空间转换关系,提出冗余基准孔的偏差过滤算法,判断冗余基准孔中是否存在影响空间转换精度的大偏差孔位,提高转换关系精度,改善制孔系统的定位精度。进行算例分析与实验验证,证明所提方法可以在冗余基准孔中准确筛选并去除大偏差孔位,将空间转换误差减至小于0.12 mm,由误差传递理论知制孔系统定位精度提高约20%。