基于旋量理论的机器人误差建模方法

在现代旋量理论使用矩阵指数以及指数积表示刚体运动的基础上,将机器人关节轴线的位姿误差等效为假想广义运动副旋量运动的结果,从而建立机器人含误差旋量的运动学指数积模型.将工具坐标系的位置和姿态误差分别等效为移动副和转动副旋量运动,给出了其大小及方向的计算公式.在Matlab环境下编制了旋量计算软件包,以SCARA机器人为例,应用该软件包进行了误差仿真分析,并使用Adams软件进行了仿真验证.结果表明,该误差建模方法正确、有效.     

应用基于运动螺旋的机器人正解映射求解搬运机器人的逆运动学问题

应用基于旋量理论的指数积公式建立了搬运机器人的正解映射,并基于矩阵变换了求解该机器人逆运动学问题的方法,该方法为求解一般机器人的逆运动学问题提供了参考.     

基于旋量理论的Stanford臂的运动学分析

基于旋量理论的运动学分析方法比采用传统的D-H方法更加简化.以一种常见的开链机器人Stanford臂为例,利用运动旋量和指数积等数学工具建立了运动学方程,求出了雅可比矩阵,为建立其动力学方程、控制方法及运动规划做了必要的准备.     

一种基于旋量理论的机器人关节结构 误差对其精度影响的分析方法

为提高工业机器人的定位精度,应用旋量理论,提出了一种分析关节误差源对机器人精度影响的分析方法。该方法通过分析机器臂关节两轴线在不同几何误差作用下的空间位置关系,将关节误差表示成旋量的形式,结合POE公式,给出了包含关节误差的机器人正向运动学显式表达式,并以一个三关节机械臂为例,用Adams仿真验证了该方法的正确性。     

三分支空间机器人的迭代运动学逆解

基于旋量理论指数积公式及空间雅可比矩阵,对三分支空间机器人逆运动学求解问题进行了研究,提出了一种通用的三分支机器人逆解迭代算法,并建立了统一的逆运动学求解模型。对于具有球腕结构的三分支机器人,给出了位姿解耦形式的简化算法。该算法较速度级控制法计算精度更高,且不依赖于机器人的构型,适合于构型不确定的模块化机器人。通过搬运物体的仿真试验,验证了算法的有效性。     

空间机构运动分析的旋量—矩阵方法

本文将旋量概念以矩阵形式表示,采用矢量和矢量矩的结合形式,可使空间机构运动分析中的算法公式书写得更为简洁。这种旋量——矩阵方法能保留旋量融矢量与矢量矩于一体的优点,却避免以往对偶数记法的缺点。文中以空间机构作为具体算例。     

闭链级联式机器人基于旋量理论的动力学分析

闭链级联式机器人是一种复杂型式的机器人,对其进行动力学分析是实现对其进行运动控制的必要前提.闭链级联式机器人的结构特点是:任何一个闭链级联式机器人都存在一条主运动链,且主运动链为开链机器人;主运动链的各个关节均为被动关节或被测量关节,分别由相应的闭链驱动或测量.基于旋量理论的动力学分析方法是通过使用运动螺旋和指数积公式等数学工具建立起机器人的动力学方程,从而求取机器人的驱动力矩.由于闭链级联式机器人存在闭链,其动力学分析方法不同于传统的开链机器人,用旋量理论建立闭链级联式机器人的动力学方程的要解决两个关键问题:其一是闭链的分解,其二是惯性矩阵的求取.该方法也为解决单闭链机器人的动力学分析问题提供了基础.     

一种2R1T类球面并联机构的瞬时速度分析

对一种2R1T（R表示旋转,T表示平移）的类球面并联机构进行了瞬时速度分析. 由于机构的动平台中心与基座中心始终关于过3个球关节的平面对称,利用几何法很容易获得动平台的位置解,然而机构的瞬时速度的计算则相对复杂,尤其是角速度的计算严重依赖姿态矩阵或完整雅克比矩阵的正确求解,并且计算效率低、容易出错. 为此,采用Riemann对称空间理论方法,从机构子链旋量系的对称性出发,建立各子链关节运动的约束,从而简化机构动平台瞬时速度的计算,机构所有可能的瞬时速度组成了一个线性空间,这个空间的基正好解释了机构的瞬时自由度. 最后,给出算例验证了该方法的正确性和有效性. 通过ADAMS（Automatic Dynamic Analysis of Mechanical Systems,机械系统动力学）软件仿真与理论计算对比,角速度误差控制在-0.004~0.006 rad/s以内,线速度误差控制在-0.01~0.015 mm/s以内,采用对称空间理论方法计算瞬时速度用时5.187 s.     

基于旋量理论的弓形五连杆机器人运动学建模

传统的D-H参数法采用建立局部坐标系的方式,在运动学建模过程中存在求解逆解时产生增根的问题。因此,本文通过旋量理论方法建立弓形五连杆的运动学数学模型,对比D-H参数法建立的末端执行器运动学模型,证明两种方法之间的等效性,并基于旋量理论建立起弓形五连杆机器人的速度模型。使用ADAMS软件对弓形五连杆机器人进行运动仿真,测量角速度曲线与MATLAB理论曲线对比,结果表明了旋量理论建模方法的正 确性和有效性。     

7自由度虚拟轴串并联机床概念设计

在基于6杆虚拟轴运动原理的复杂刀具曲面成型技术研究的基础上,将3杆并联机构进行扩展,获得了5自由度主轴头,进而构思了基于虚拟轴运动原理的7自由度串并联专用机床结构,并分析了该机构动平台的运动位姿及连杆的运动误差.该结构适当增加了绕机构中心的自由回转,所以极大地扩大了主轴工作空间,弥补了并联机构工作空间小的不足,提高了主轴头的灵活性.     

数控凸轮轴磨床运动误差分析与建模技术

为了对某数控凸轮轴磨床的运动误差进行分析和建模,分析研究了各运动部件间运动形式和误差类型,运用相邻体坐标系间的运动变化来表达2相邻体之间的运动情况,建立了相邻体之间的理想运动方程和有误差情况下的实际运动方程.将相邻体间的实际运动方程进一步推广到任意低序体阵列分析当中,为研究多分支数控凸轮轴磨床误差建模提供理论基础.将复杂的多分支链数控凸轮轴磨床抽象为简单的多体系统,对各运动部件建立相应的体坐标系和运动参考坐标系,求出相邻体间对应的变换矩阵.最后,将机床运动部件划分为"工件-床身"和"砂轮-床身"2条运动链,提出了有误差影响情况下实现精密加工约束条件方程为P_w=P_t,且对该方程进行了求解,为数控凸轮轴磨床误差补偿的研究提供了必要条件.结果表明:误差补偿后的机床加工精度显著提高.     

基于蒙特卡洛模拟的机床关键几何误差溯源方法

为了溯源对加工误差影响最大的机床几何误差,提出了一种基于蒙特卡洛模拟的灵敏度分析方法.运用多体系统理论建立五坐标龙门加工中心加工误差生成模型,并建立了S形样件的直纹面数学模型.推导刀具轨迹到切削点的映射关系,建立了切削曲面模型.根据蒙特卡洛模拟采样机理,对机床加工误差模型进行全局灵敏度分析,获得影响机床加工误差的关键几何误差参数.按照灵敏度分析结果排序,获得影响z向加工误差最大的5项几何误差参数为δ_z(x)、δ_z(y)、δ_z(z)、δ_z(c)、δ_z(b).实验结果表明:5项关键误差参数共同作用对分析区域平均z向加工误差的影响度达88.2%,5项误差参数对机床z向加工误差影响最大,可以为提高五坐标机床的加工精度和设计精度提供指导.     

数控凸轮轴磨床精度可靠性维持技术

为了对某数控凸轮轴磨床的运动误差进行分析和建模,分析研究了各运动部件间运动形式和误差类型,运用相邻体坐标系间的运动变化来表达2相邻体之间的运动情况,建立了相邻体之间的理想运动方程和有误差情况下的实际运动方程. 将相邻体间的实际运动方程进一步推广到任意低序体阵列分析当中,为研究多分支数控凸轮轴磨床误差建模提供理论基础. 将复杂的多分支链数控凸轮轴磨床抽象为简单的多体系统,对各运动部件建立相应的体坐标系和运动参考坐标系,求出相邻体间对应的变换矩阵. 最后,将机床运动部件划分为“工件-床身”和“砂轮-床身”2条运动链,提出了有误差影响情况下实现精密加工约束条件方程为\t\t\t\t\tP\t\t\t\t\t_w\t\t\t\t\t=P\t\t\t\t\t_t,且对该方程进行了求解,为数控凸轮轴磨床误差补偿的研究提供了必要条件. 结果表明:误差补偿后的机床加工精度显著提高.\t\t\t\t

     

高速滚珠丝杠副非赫兹接触应力计算

在滚珠丝杠副运动过程中,滚珠与滚道之间的摩擦和磨损导致滚珠丝杠副精度衰退,降低其精度保持性.针对高速滚珠丝杠副螺旋线滚道接触区域的非对称性,采用传统的赫兹接触理论对丝杠和螺母滚道接触几何形状和关系的计算存在较大误差,提出了一种基于最小余能原理对高速滚珠丝杠副滚珠与滚道之间的法向接触应力进行分析计算的方法.首先,基于Fr...     

Kinematics Analysis Based on Screw Theory of a Humanoid Robot

A humanoid robot is a complex dynamic system for its idiosyncrasy. This paper aims to provide a mathematical and theoretical foundation for the design of the configuration, kinematics analysis of a novel humanoid robot. It has a simplified configuration and design for entertainment purpose. The design methods, principle and mechanism are discussed. According to the design goals of this research, there are ten degrees of freedom in the two bionic arms. Modularization, concurrent design and extension theory methods were adopted in the configuration study and screw theory was introduced into the analysis of humanoid robot kinematics. Comparisons with other methods show that： 1） only two coordinates need to be established in the kinematics analysis of humanoid robot based on screw theory; 2） the spatial manipulator Jacobian obtained by using twist and exponential product formula is succinct and legible; 3） adopting screw theory to resolve the humanoid robot arms kinematics question can avoid singularities; 4） using screw theory can solve the question of specification insufficiency.     

对接机构运动模拟器的精度分析

为了探讨对接机构运动模拟器的机构原始误差和对接过程误差引起的位姿偏差,根据对接机构运动模拟器的结构求出运动学方程,依据矩阵全微分理论,建立了机构原始误差与对接机构运动模拟器的位姿误差模型.利用蒙特卡洛方法模拟具有任意概率分布的机构原始误差,抽样计算对接机构运动模拟器的位姿误差,然后对对接机构运动模拟器的位姿精度进行了分析,给出了在其可达工作空间内的概率等高线、概率密度函数和统计数字特征.这些分析结果为对接机构运动模拟器的精度设计、标定和误差补偿提供了方向性的指导.     

火炮零部件变形量测量系统的设计与实现

针对火炮零部件变形量的测量问题,结合柔性三坐标机的测量原理,设计了基于柔性三坐标机的火炮零部件变形量测量系统。文中论述了系统的组成、总体结构、工作原理和变形量的测量方法,给出了坐标测量和蛙跳式坐标转换公式,对系统测量误差进行了分析,通过实验对测量系统的精度进行了验证,结果表明测量系统精度满足火炮零部件变形量的测量要求,测量方法切实可行。     

螺杆压缩机性能模拟的误差分析及稳定性判据

在螺杆压缩机作动室的压力脉动模拟分析中,针对采用的数值计算方法———Rouge＿Kutta法可能由于计算舍入误差累积而造成计算发散,提出导入Simpson误差评价公式,建立了评价作动室排气过程中的计算误差的数学模型.同时针对排气行程中,由于作动室压力和排气室压力非常接近,造成计算误差增大的倾向,通过数学推证,得到对处于排气行程的作动室的压力脉动进行数值计算的稳定性判据,对模拟计算结果的收敛性提供保障.