一种偏摆型贴膜机构的运动学建模与误差分析

在电子产品的贴膜生产中,贴膜工作部相对于固定的屏幕位置和姿态是决定贴膜质量的关键因素。为了对贴膜工作部进行位置和姿态的调整以满足工作要求,因此设计了一种偏摆式双工位贴膜机构。通过建立贴膜机构的运动学模型,进行运动学求解,得到末端的位姿矩阵,为贴膜机构的位姿调整提供了依据。通过对贴膜工作部进行位姿的误差分析和灵敏度分析,得到各运动参数对位姿误差的灵敏度大小和主要尺度参数的协同作用,为提高贴膜机构的贴膜精度提供了重要的理论依据。     

用于非晶薄带制备的辊嘴间距自动调节系统

介绍了一种用于大带宽非晶薄带制备的辊嘴间距自动调节系统。该系统采用一种六自由度姿态调整机构,对喷嘴包进行位姿调节。同时,通过测量冷却辊表面多点的膨胀量,间接得到喷嘴包与冷却辊之间的狭缝分布特性。在制带过程中,六自由度姿态调整机构随着膨胀量的变化自动调节喷嘴包的位置与角度,使喷嘴包和冷却辊之间狭缝保持动态稳定。该系统满足制带的精度和实时性要求,提高了大带宽非晶薄带长度方向和宽度方向的厚度一致性。     

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。     

3RPS并联机构的运动学误差建模及其分析

为了提高XYZ-3RPS六轴卧式混联机床的运动学精度,建立了3RPS并联机构的运动学参数误差模型。首先对3RPS并联机构的几何误差源进行了分析。然后基于闭环矢量微分法建立了3RPS并联机构包含铰点位置误差、转动副轴线方向误差、驱动支链零位杆长误差等27项结构参数误差对末端位姿误差的映射模型。最后设计了仿真实验,利用ADAMS的虚拟样机技术,获取机构实际末端位姿误差。通过与误差模型的结果对比,验证了所分析的27项结构参数误差设定值在（0.1～0.2）mm的范围内,误差模型的位置误差求解精度大于0.01mm,姿态误差求解精度大于0.01°。进一步的数值验证表明,误差模型的精度会随着结构参数误差值的减小而显著提高,为3RPS等少自由度并联机构的误差建模和运动学标定提供理论依据。     

一种新型3-PRS并联机构的位姿误差分析

针对一种新型3-PRS并联机构的3个基座位置可调、工作空间可变的特点,分析该机构的末端位姿误差,提出了采用几何解析法求该机构的运动学正解,进而推导出动平台末端位姿误差的分析方法,并运用软件仿真3个基座在不同位置时的动平台末端位置和方向。结果表明,3个基座在取不同参数时,末端的位姿误差有明显变化。此研究对该新型3-PRS并联机构的误差补偿提供了有益指导。     

基于三坐标定位器的大部件调姿机构误差分析

针对基于3个三坐标定位器联动实现大型部件位姿调整机构的位姿误差问题,采用多体运动学理论分析了机构运动学关系,在不考虑大部件变形的情况下,利用矩阵微分法并结合冗余驱动的特点建立了该调姿机构的位姿误差模型,从而可定量分析各原始误差对调姿对象位姿误差的影响,并通过蒙特卡洛法对调姿误差进行了仿真研究。为获取各原始误差对调姿误差的影响比重,对机构进行了误差敏感度分析,研究结果表明,各导轨的直线度、平行度及三坐标轴间的垂直度等引起的角误差对应的敏感度较大。     

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%。     

三自由度并联姿态测量机构及其运动学参数最优化设计

提出了基于并联结构的三自由度姿态测量机构，将其连接到三自由度串联结构位置测量装置末端可以实现对被测物体六自由度位姿的综合测量。该测量机构克服了并联机构运动学正解的困难，得到运动平台姿态坐标参数的显式解。建立了基于全微分理论的姿态测量机构坐标参数误差模型，实现机构运动学参数的优化设计。误差因子分析使得机构运动学参数设计更为合理。     

一种新型并联机构位姿误差建模及灵敏度分析

利用齐次坐标变换推导了一种新型五自由度平动、转动独立的复合机构的位姿反解。基于位姿反解和一阶泰勒展开,建立了考虑机构形位尺寸误差、转动副间隙误差和驱动误差的位姿误差计算模型。应用误差模型能够得出末端执行器位姿误差和各个误差源之间的显式映射关系,定量地分析各个误差源对机构运动精度的影响程度,从而确定机构中影响其运动精度的关键环节。应用差分法就机构位置误差对主要设计变量的灵敏度进行了分析计算。灵敏度分析有助于合理确定机构的设计参数。位姿误差建模及灵敏度分析为该复合机构的优化设计和误差补偿提供了理论基础。     

基于MDH法的并联式机械臂末端位置误差分析建模

主要针对并联式机械臂中的典型构件——平行四边形机构进行研究,分析各连杆长度变化对机械臂末端位置造成的影响,并推导位姿计算公式。以某型二自由度机械臂为研究对象,利用Modified D-H法对其进行正运动学解算,建立了考虑平行四边形机构误差的末端位姿预测模型。随后在Matlab中利用蒙特卡洛法进行相关误差分布仿真实验,得到不同公差精度下并联式机械臂末端位置误差的分布特点,并通过样机试验验证了该预测模型的准确性。研究表明,应用该方法得到的并联式机械臂关节角数值更准确,提高了末端位置建模的精度。     

一种新型并联机构位姿误差建模及灵敏度分析

利用齐次坐标变换推导了一种新型五自由度平动、转动独立的复合机构的位姿反解。基于位姿反解和一阶泰勒展开,建立了考虑机构形位尺寸误差、转动副间隙误差和驱动误差的位姿误差计算模型。应用误差模型能够得出末端执行器位姿误差和各个误差源之间的显式映射关系,定量地分析各个误差源对机构运动精度的影响程度,从而确定机构中影响其运动精度的关键环节。应用差分法就机构位置误差对主要设计变量的灵敏度进行了分析计算。灵敏度分析有助于合理确定机构的设计参数。位姿误差建模及灵敏度分析为该复合机构的优化设计和误差补偿提供了理论基础。     

极大望远镜光谱仪准直镜调节机构误差分析

针对极大望远镜宽视场光谱仪准直镜位姿调整机构的位姿机构调节误差问题,采用多体运动学理论分析机构运动学关系,利用矩阵微分法建立该调节机构误差模型,分析加工和装配误差对准直镜调节位姿误差的影响,并通过统计学软件SPASS对调节机构误差进行仿真研究。分析计算结果表明,根据现有设计和导轨滑台的选型及装配工艺,机构的装配和定位精度可以满足准直镜调节精度的需求。利用运动学原理对光学系统姿态调节系统误差分析方法可对镜面调节机构误差进行预判,提前获取调节机构调节精度,对光学仪器后期动态调节等工作具有指导意义。     

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。     

基于正交设计的2UPS-RPU并联机构误差分析

运用空间矢量环微分法,建立了兼顾位置和姿态两类误差的位姿误差正解数学模型。此误差模型描述了机构末端位姿误差与各误差源之间的显式映射关系,可定量分析各误差源对机构输出误差的影响。分析了机构位姿参数、结构参数在一定范围内变化时的误差变化曲线,为机构结构参数和工作位姿参数范围的选取提供了理论依据。为分析2UPSRPU并联机构在整个工作空间内各误差源对位姿误差的影响,利用正交设计思想,只需较少的计算量,即可对该机构进行误差分析。基于正交设计思想,将4个位姿参数看成对位姿误差有影响的4个因素,依据位姿参数变化对位姿误差的影响合理划分各因素的水平,使排列的正交表为误差分析提供合理位姿。结合正交表,仿真了机构各末端输出误差对各个误差源的响应程度,从而揭示了影响机构误差的关键因素,可用于指导物理样机的制造与安装。     

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。     

风洞捕获轨迹试验六自由度 机构运动学与误差分析

为提升风洞捕获轨迹试验的水平,设计了一套模拟外挂物从母机分离运动轨迹特性的六自由度机构。通过D-H法进行运动学分析,建立该机构运动学方程,利用解析法对机构进行逆运动学求解。采用微分传递法建立基于D-H参数的静态误差模型,推导出末端外挂物模型位姿误差与D-H参数误差之间的数学表达式,然后采用奇异值分解改进的最小二乘法进行迭代求解辨识出参数误差,在此基础上随机选取100组位姿数据,分析比较了补偿前与补偿后的位置误差,结果表明经过参数辨识后的补偿法能够有效地提高六自由度机构末端的定位精度。     

基于并联机构调姿的大部件支撑点优选

为了提高基于并联机构形式的数字化调姿装置的操作性能和支撑稳定性等,对部件上的支撑点位置进行了优化选择。建立了该定位调姿装置的运动学模型,根据分支机构运动链的矢量图形,求解了定位调姿装置的位置方程及机构雅克比矩阵;根据机构雅克比矩阵建立了调姿装置的灵活度、承载力和刚度等性能评价指标;根据定位雅克比矩阵建立了调姿装置对部件定位时的支撑稳定性指标;对上述指标进行综合评价,根据指标的优化得到了部件的优化支撑点位置。分析结果表明:基于并联机构形式的大部件调姿装置的性能评价指标和位姿无关,支撑稳定性和姿态有关,且各指标依赖于初始支撑点的选择,以上结论为大部件定位支撑点的选择提供了参考。     

65米射电望远镜天线副面调整机构系统精度分析

对上海65m射电望远镜天线副反射面调整机构进行了精度分析,确定了副面调整机构的主要误差参数,建立了误差参数的数学模型,运用蒙特卡洛法得到了全姿态工作空间下的末端位置和姿态的综合误差,证明了所设计的调整机构精度能够满足设计要求,分析结果为副面调整机构的运动学标定奠定了一定的基础,为所设计机构在实际工作中达到系统所要求的运动精度提供了重要设计保障。研究内容对并联机构在实际工程中的应用实践具有重要的指导意义。     

包含串并联关节的排牙机器人运动学分析

针对串联关节和并联关节各自的特点,提出了一种由5自由度串联机构和并联机构组成的排牙机器人,通过对排牙机器人机构的分析,建立了其运动学方程。对运动学逆问题进行了分析并且应用解析法和矩阵法推导出各个关节的位姿矩阵,在已知患者的牙弓曲线和各散牙的末端位姿时,便可通过以上算法求得各个关节的位置和姿态。最后以下左牙为算例,对各个关节的位姿矩阵进行了求解。结果表明:本文提出的算法合理有效,解决了排牙机器人部分运动学问题。     

一种少自由度飞行模拟运动平台误差分析

将一种少自由度并联机构3-PRS用作飞行模拟运动平台,为使该平台运动精度满足系统要求,对其进行误差分离与灵敏度分析。通过研究平台运动学逆解模型获得驱动雅克比矩阵与约束雅克比矩阵,采用空间闭环误差矢量链的误差建模方法,对运动平台进行误差建模,获得各个几何误差源与终端输出位姿误差之间的映射函数,在所建立的全误差源模型的基础上,利用解析法去除冗余误差源后,借助驱动雅克比矩阵与约束雅克比矩阵将影响该平台末端可补偿位姿误差的误差源和不可补偿位姿误差的误差源分离。最后,在整个运动空间内,借助灵敏度分析,获得影响末端不可补偿位姿误差源的全局灵敏度影响系数。根据灵敏度影响系数可指导前期设计阶段各零部件公差等级的选择以及装配阶段装配公差的确定,研究结果对同类少自由度并联机构具有指导意义。