基于刚柔耦合建模的6R机器人位置误差分析

由于机器人在工作过程中受运行速度和加速度以及末端负载等因素变化的影响,其连杆和关节产生的形变会引起末端执行器的位置误差,针对这一问题,以FANUC M-6i B机器人为研究对象,采用仿真与试验相结合的方法,对机器人末端位置精度进行研究。运用DH法则建立运动学模型和位置误差模型,分析机器人DH参数发生微小变化对末端位置误差的影响;在ADAMS环境中进行刚柔耦合动力学仿真,在同时考虑关节柔性和连杆柔性的前提下分析运行速度和加速度、末端载荷变化对机器人末端定位精度的影响;通过自主设计的测量装置及变载荷方盒进行试验,试验与仿真结果的对比表明利用刚柔耦合动力学模型模拟计算机器人末端误差具有较好的一致性。     

基于双目视觉和距离误差模型的工业机器人运动学参数标定方法

基于距离误差模型的标定技术,建立机器人末端距离误差与机器人运动学参数误差间的模型关系,避免了标定过程中坐标系的转换误差,能显著提高标定精度。视觉测量技术具有测量精度高、非接触性、实时性强等特点,与传统的机器人末端测量手段相比,具有成本低、操作简单等优势。研究一种将距离误差模型与视觉测量技术相结合的机器人标定方法,用于提高工业机器人特定工作空间的精度。采用双目视觉系统,将相机外置于机器人进行测量。基于距离误差模型进行机器人参数标定,利用标定结果进行运动学参数补偿。结果表明:特定标定工作空间内的距离误差都有所改善;在标定轨迹上,绝对距离误差的平均值从0.279 9 mm减少为0.104 4 mm,非标定轨迹的误差降幅高达50%以上,验证了该方法的可行性。     

基于ADAMS的六自由度串联机器人运动学仿真研究

借助ADAMS仿真软件建立了六自由度串联机器人的虚拟样机模型,对其运动学问题进行了仿真研究。通过对末端执行器添加点驱动,设置期望轨迹参数方程,仿真测量得到各个关节角度变化的曲线,通过对曲线的拟合,最终得到运动学逆解。利用六个关节的运动驱动,仿真得到机器人末端执行器的位移与速度曲线,其变化平稳,无突变现象。通过在ADAMS平台上进行仿真,可直观的了解到机器人运动过程中的各连杆、各关节及末端执行器的运行状态,为机器人轨迹规划、动力学分析及离线编程、物理样机实验等提供依据。     

精密并联机器人运动轨迹规划的研究

对并联机器人末端轨迹的速度和位置规划算法进行了研究.基于并联机器人的运动学逆解模型和雅克比矩阵给出了各个杆位置和速度的算法.提出了采用梯形速度曲线的方法对并联机器人的末端轨迹速度进行规划.在笛卡尔空间内提出了直线和圆弧插补算法对并联机器人的末端轨迹的位置进行规划.以末端轨迹分别为直线和圆弧时进行了速度和位置规划并进行仿真分析.仿真分析结果表明:并联机器人的各个杆的位置和速度变化曲线与末端轨迹的位置和速度规划一致且光滑连续.该方法考虑了轨迹的位置和速度控制,简单实用,仿真结果为以后该机构的运动控制提供了依据.     

基于无源控制的非完整移动机器人轨迹跟踪误差仿真研究

当前,非完整移动机器人在外界干扰作用下容易发生抖动现象,机器人轨迹跟踪误差较大,不能很好的满足执行任务的需要。对此,文章采用无源控制理论控制非完整移动机器人的轨迹跟踪,实现轨迹跟踪误差最小化。构造机器人动力学模型,介绍了机器人空间运动控制的基本形式,引入无源控制理论,在非完整移动机器人末端安装无源控制的执行器。采用数学方法证明了无源控制闭环系统具有很好的稳定性,并且轨迹跟踪误差具有收敛性。结合具体实例,非完整移动机器人末端执行器在无源控制条件下,通过数学软件Matlab/Simulink进行轨迹跟踪误差仿真,并且与其它轨迹跟踪误差控制方法进行对比分析。误差仿真结果证明,非完整移动机器人末端执行器采用无源控制方法,不仅轨迹跟踪误差降低,而且输入转矩波动程度较小。非完整机器人末端执行器采用无源控制方法,具有良好的控制精度,削弱了抖动现象。     

基于旋量理论的打磨机器人位置精度分析

为建立各误差源与打磨机器人的末端位置误差的对应关系,在基于旋量理论建立了打磨机器人的运动学模型的同时,对可能产生的主要误差源进行了分析,通过误差源之间的几何关系建立误差旋量,从而得到静态误差模型;分析了各单项误差对机器人末端执行器位置误差的影响及各误差源对末端位置误差的显著性影响,为机器人精度优化方案的提出提供可靠的分析参考。分析结果表明:结构误差及传动误差是机器人静态位置精度的主要影响因素,其中结构误差为稳态误差,可以通过精度设计减小或补偿,传动误差需要通过后期的标定来解决。     

基于非均匀B样条曲线的机器人轨迹过渡算法北大核心

针对6自由度工业机器人末端轨迹不光顺、衔接速度慢、运动不平稳的问题,提出了一种基于非均匀B样条曲线的过渡模型和对应规划算法。使用5次非均匀B样条曲线,构建了G^(3)连续的空间轨迹过渡模型;根据轨迹过渡的拐角速度约束以及轨迹长度的相互制约关系,提出了自适应的速度前瞻算法;采用四阶龙格库塔-割线法,实现了样条曲线的插补;最后,利用安川HP20D机器人和Leica激光跟踪仪AT960进行实验,测量机器人末端TCP速度和加速度信息。实验结果表明,该过渡算法提升了多段连续轨迹的衔接速度,减小了速度波动,避免加速度突变,实现了机器人的平稳运动。     

数控机床XY工作台动态定位误差分析与建模

为了研究不同运动速度下数控机床XY工作台动态定位误差的变化规律,详细分析了XY工作台运动速度和摩擦特性影响下的的动态定位误差来源,建立了光栅测量系统、滚珠丝杆组件、导轨系统制造、安装质量和摩擦力等误差源引起的动态定位误差分量精确计算模型,搭建了实验装置,测量了在所需运动速度下的俯仰角和偏摆角,精确计算了工作台的定位误差值,同时分析了XY工作台动态定位误差受运动速度影响的变化规律。根据实验结果可知,文章研究的数控XY工作台动态定位误差受到运动速度影响,不同运动速度下的动态定位误差不同,存在着最佳测量速度,为提高数控机床的动态加工精度和在机测量系统的测量精度打下良好的理论基础。     

外部转矩干扰的非完整移动机器人轨迹追踪控制研究

针对外部转矩干扰的非完整机器人运动不稳定、轨迹追踪控制精度较低等问题,提出了无源控制理论的控制方法。构造了非完整移动机器人的动力学模型,介绍了机器人空间运动控制的基本形式。采用无源控制方法设计了机器人末端执行器,使用李雅普诺夫综合法对无源控制闭环系统的稳定性和追踪误差的渐近收敛性进行了证明。结合具体实例,通过Matlab软件对外部转矩干扰的非完整移动机器人运动追踪轨迹和输出转矩进行仿真,并且与PI控制方法形成对比。仿真结果显示,无源控制方法的实际轨迹朝理论轨迹收敛,轨迹追踪误差较小,输出转矩波动小。无源控制方法可以避免外部转矩干扰的非完整机器人运动不稳定,提高轨迹追踪精度。     

DELTA并联机器人极限负载对轨迹控制影响

为了完成DELTA并联机器人的工作效率最大化、运动稳定性尽可能提高、运动精度和控制精度更加精准等要求,文章针对此要求进行了DELA并联机器人在动平台末端处于极限负载工况的研究。该实验采用编程软件vs2013作为运动控制平台,采用绝对式编码器采集机器人末端位移数据,通过机器人末端轨迹跟踪曲线,得出机器人末端极限负载对DELAT机器人的运动控制精度和轨迹规划产生较大影响的结论。最后文中做出机器人末端极限负载相应的预测趋势图,并做相关实验验证预测趋势图的正确性。     

数控机床动态轨迹误差仿真与优化研究

在介绍数控机床加工轨迹运动控制原理的基础上,对数控机床动态轨迹误差进行了仿真研究,得出数控机床动态轨迹误差与拟加工曲线的曲率和机床进给速度相关的结论。在待加工的工件几何曲线曲率已定情况下,提出了变进给速度的数控机床动态轨迹误差优化策略,仿真结果表明:该控制策略能够有效地减少机床动态轨迹误差量,提高相关轨迹曲线的加工精度。     

高精度可重构工业机器人的轨迹规划方法

为解决高精度制造业中机器人适应性差,无法重复利用的问题,将可重构工业机器人应用到制造业中。针对不同构型的机器人,提出了一种确定可重构6自由度机器人运动学参数的方法。定义单个模块坐标系和模块间坐标系的转换关系,并将与机器人构型变化相关的信息存储在专用库中,通过可重构的正向运动模块动态生成末端执行器在笛卡儿空间中的位置和方位;提出采用5-3-5样条曲线的机器人轨迹规划方法;建立单样条曲线和多样条曲线轨迹规划方程,求解不同参数下的最佳运动轨迹,保证了所生成的轨迹在位置、速度上是连续可微的,并且在开始和结束时具有0阶连续的加加速度轮廓;通过MATLAB进行轨迹跟踪仿真,与其他轨迹跟踪误差控制方法进行对比,仿真结果证明:所提出的轨迹规划方法具有良好的控制精度,并可使机器人无振动地平稳运行。     

焊接机器人空间轨迹段间位姿平滑过渡方法

针对目前采用传统轨迹过渡方法在实现多段焊接轨迹过渡处理仅能保证机器人末端速度的平滑性，却无法实现满足弓高误差要求的问题，提出采用三次非均匀有理B样条曲线(non-uniform rational B-splines, NURBS曲线)的最大弓高误差可控的轨迹过渡方法。根据最大弓高误差计算过渡路径点，并用NURBS曲线对路径点进行拟合得到过渡轨迹。此外，基于位姿同步，对衔接点的角速度进行前瞻处理，并采用S型加减速对轨迹姿态进行规划。在自主搭建的机器人测试平台验证所提出的轨迹过渡方法，实验结果表明可以根据焊接工艺需求设定最大弓高误差，且在保证机器人末端线速度和角速度平滑性的基础上，保证实际弓高误差小于设定值。     

基于NURBS算法的工业机器人轨迹规划研究

轨迹规划是工业机器人研究领域的重要内容之一。为解决使用直线与圆弧逼近不规则曲线方法带来较大误差的问题,提出使用NURBS拟合自由曲线,并使用S形速度曲线来控制机器人末端的运动速度和加速度,使各个插补点的位置、速度和加速度能够连续,将之反推到关节空间可以得到各个关节的角度、角速度和角加速度。最后以IRB2600工业机器人为仿真本体,通过MATLAB仿真证明:NURBS和S形速度曲线相结合的方法可以得到在关节空间连续、平稳的运行轨迹、速度曲线、加速度曲线,减弱了因各关节角度、角速度、角加速度突变带来的冲击影响,优化了机器人运行轨迹。     

多关节焊接机器人轨迹误差补偿解耦分析

由于多种误差源的影响,机器人焊枪末端往往不能按照预定轨迹运动,提出输入附加运动法对各运动关节进行补偿,使焊枪末端产生相应的微小摄动,从而抵消位姿误差.因为6R焊接机器人各关节运动副间存在一定的耦合关系,通过分析焊接机器人各坐标系间位姿变换关系,基于小误差运动假设,建立了误差补偿模型,通过该数学模型可解耦出各关节所需要的补偿摄动量.仿真验证了所提解耦方法以及建立模型的正确性.结果表明,该算法能有效降低焊枪末端位姿误差,为焊接机器人位姿精度控制提供了有效的理论依据.     

基于可变结构参数调整的机器人末端运动检测系统

为解决机器末端运动轨迹测量精度波动较大,不能满足工程实际要求的问题,提出一种可变结构参数调整模型,并开发了一套针对机器人抛光的机器人末端运动检测系统。基于轴线汇聚模型研究双目视觉系统中关键结构参数(基线距、光轴角、垂直视场角)对测量精度的影响规律并确定参数的最优域;通过实验得出各结构参数和测量精度的交互影响规律,建立可变结构参数调整模型;开发了一套机器人末端运动检测系统,并对其精度和性能进行了比对验证。验证结果表明:所设计的机器人末端运动检测系统在大尺度条件下检测精度在0.094 mm内,与激光跟踪仪精度相当,满足机器人抛光需求。     

一种并联机器人轨迹规划算法研究

针对并联机器人工作空间微小线段间拐角处产生的冲击与振动问题,提出一种基于笛卡尔空间与关节空间相结合的机器人联合空间轨迹规划方法。在笛卡尔空间中采用三次非均匀有理B样条曲线对机器人末端执行器复杂的加工轨迹进行插补。为解决笛卡尔空间微小线段间拐角处的切向不连续导致轨迹突变的问题,基于并联机器人逆运动学模型,将笛卡尔空间轨迹规划算法所得插补点映射到关节空间,采取五次均匀B样条曲线进行第二次轨迹插补,平滑并联机器人运动过程中加速度及加加速度突变曲线。并在动力学层面验证所提算法的有效性。仿真结果表明：联合空间轨迹规划策略能使机器人末端执行器较好地改善连续高阶曲率导数的轨迹平滑问题,提高末端跟踪精度。实验结果表明：末端跟踪误差值最大减少21.12%,力矩最大值减少11.65%。     

四自由度串并联机器人的位姿误差分析

介绍四自由度垂直移动关节与回转关节组合式串并联机器人的机构特点和机器人位姿误差分析的"小位移摄动法",利用该方法建立该构型机器人的位姿误差分析模型,通过仿真实验分析机器人广义坐标偏差和结构偏差对机器人末端位置误差的影响。仿真结果表明角度误差对机器人末端位置误差的影响较大,结构误差对机器人末端位姿误差的影响不大,证实该位姿误差模型的正确性,为机器人的位置误差补偿及精度优化设计提供参考。     

基于刚柔耦合的水轮机修复机器人导轨误差分析

为了探究导轨式水轮机修复机器人在打磨过程中末端打磨精度问题,提出刚柔耦合仿真方法模拟导轨变形对机器人末端打磨精度的影响。以工业机器人PUMA560为本体建立机器人虚拟模型,并推导机器人正逆运动学解,借助MATLAB和ANSYS完成机器人轨迹规划和导轨柔性化。基于ADAMS仿真环境,模拟刚性体和柔性体导轨条件下的机器人末端打磨轨迹。对比发现导轨变形对机器人末端打磨精度的影响,及启动前期的不稳定状态,为后期导轨式水轮机修复机器人控制研究提供了依据。     

基于非时间参考系的贝塞尔轨迹跟踪算法

为了提高复杂环境下机器人底盘高速运动轨迹跟踪精度,设计一套基于Bezier曲线路径的轨迹跟踪算法。该算法针对机器人移动速度大小,速度方向,控制周期三个控制要素提出了相应的控制策略,使用非时间参考的状态参量,避免由于时间参考产生的累积误差,以达到较高的轨迹跟踪精度。通过Matlab对该算法进行仿真分析,验证其可行性;并使用实验室自主研发的全向移动机器人进行实验测试,结果表明:该算法能够有效避免累计误差产生,极大提高长距离轨迹跟踪的精度;并且在不考虑误差累计的情况下,也具有很高的跟踪精度。