Delta并联机构精度标定方法研究

以Delta并联机构为对象,研究一类含平行四边形支链的3自由度并联机构误差建模技术,所建模型可有效分离出影响末端姿态误差的几何误差源。在此基础上提出一种精度标定方法,该方法利用并联机构操作空间与关节空间非线性映射的性质,仅需检测末端沿z向的位置误差、以及在初始位形下的姿态误差便可识别出几何参数,并可通过修改系统输入实现末端位置误差补偿。给出算例以验证该方法的有效性。     

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。     

可重构混联机械手--TriVariant的误差建模与灵敏度分析

针对少自由度并联构型装备,必须通过误差建模将影响末端可控和不可控误差的几何误差源进行分离,从而指导机构的精度设计和运动学标定的问题,以5自由度混联机械手TriVariant为对象,研究一种少自由度并联构型装备的误差建模方法。该方法可有效分离出影响末端不可控误差的几何误差源,得到由UP支链连架胡克铰的加工和装配误差,以及套筒导轨扭角误差引起的末端姿态误差为不可控误差,从而得到仅需控制恰约束支链的制造和装配误差,便可有效抑制末端的不可控姿态误差的重要结论。在此基础上,借助灵敏度分析方法,在统计意义下定量揭示出上述几何误差源对末端不可控姿态误差的影响。分析结果表明,胡克铰两轴线不相交误差对末端不可控误差的影响最大。     

基于误差区域映射的并联机构精度设计研究

提出了一种并联机构误差传递建模的区域映射方法,采用确切的误差输出区域来描述机构末端的定位精度特性。基于Delaunay三角剖分,采用独立误差因素依次作用、逐层求解的方式建立了输出误差区域的边界推进求解算法,可快速确定末端位置和姿态误差的确切区域。采用上述方法,以末端输出位置误差区域的体积和最大值作为优化目标,对6-PSS型并联实验平台进行了精度设计,最终获得了确保定位精度性能的杆长公差参数。     

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。     

2UPS&UPR&UP型并联机器人精度综合

提出了一种2UPS&UPR&UP型并联机器人的精度综合方法。基于理想运动学方程,利用摄动法建立该机器人的误差映射模型,并分离出可补偿误差源与不可补偿误差源;建立不可补偿误差源与末端姿态误差的标准差关系,揭示了工作空间内末端姿态误差标准差的分布情况;利用灵敏度系数法对机器人不可补偿误差源进行灵敏度分析,确定各不可补偿误差源对末端运动精度的影响程度;依据3σ原则,以灵敏度指标作为分配系数,通过精度综合得到给定末端精度下的不可补偿误差源的值,为机器人加工制造提供理论依据。仿真实验验证了该方法的有效性。     

一种六自由度调姿机构的运动学与误差分析

在非晶带材的生产中,喷嘴包相对于固定的冷却辊的位置和姿态是决定非晶带材质量的关键因素。为了对喷嘴包进行位置和姿态的调整以满足工作要求,因此设计了一种具有串并联特征的六自由度调姿机构。通过D-H法建立了调姿机构的运动学模型,进行了正向、逆向运动学求解,得到末端的位姿矩阵和调姿机构的逆解公式,为调姿机构的位姿调整提供了依据。通过对调姿机构进行位姿的误差分析和灵敏度分析,得到调姿机构末端的位姿误差仿真曲线和各运动参数对位姿误差的灵敏度大小,为提高喷嘴包调姿机构的精度提供了重要的理论依据。     

3-TPT并联机构姿态误差对整体加工精度影响研究

并联机构的误差是影响其精度的重要因素,分析各项误差源对动平台误差的影响,对降低误差、提高并联机构精度有着重要意义。通过分析并联机构姿态误差对整体加工精度的影响,以3-TPT并联机构为例,建立机构运动学方程后进一步建立机构误差的数学模型。在建立误差模型的基础上利用MATLAB软件对机构的误差模型进行仿真分析。对结果分析表明3-TPT并联机构姿态误差对整体加工精度影响在机构工作平面中心点处附近较小且随x轴位置变化精度影响较大。研究对全面分析3-TPT机构工作精度具有重要影响,其结论也可以用于并联机构尺寸优化和误差补偿。     

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D-H矩阵计算的工业六轴机械手末端定位的精准度

应用D-H算法判断机械手末端定位的精准度。在工业六轴机械手的各关节建立一个坐标系,用D-H算法计算每个关节转动一定度数后末端执行器的位置与姿态。通过实验证明该工业六轴机械手存在较小的位置误差,姿态误差几乎为0,精度较高。     

Accuracy analysis and design of A3 parallel spindle head

As functional components of machine tools, parallel mechanisms are widely used in high efficiency machining of aviation components, and accuracy is one of the critical technical indexes. Lots of researchers have focused on the accuracy problem of parallel mechanisms, but in terms of controlling the errors and improving the accuracy in the stage of design and manufacturing, further efforts are required. Aiming at the accuracy design of a 3-DOF parallel spindle head(A3 head), its error model, sensitivity analysis and tolerance allocation are investigated. Based on the inverse kinematic analysis, the error model of A3 head is established by using the first-order perturbation theory and vector chain method. According to the mapping property of motion and constraint Jacobian matrix, the compensatable and uncompensatable error sources which affect the accuracy in the end-effector are separated. Furthermore, sensitivity analysis is performed on the uncompensatable error sources. The sensitivity probabilistic model is established and the global sensitivity index is proposed to analyze the influence of the uncompensatable error sources on the accuracy in the end-effector of the mechanism. The results show that orientation error sources have bigger effect on the accuracy in the end-effector. Based upon the sensitivity analysis results, the tolerance design is converted into the issue of nonlinearly constrained optimization with the manufacturing cost minimum being the optimization objective. By utilizing the genetic algorithm, the allocation of the tolerances on each component is finally determined. According to the tolerance allocation results, the tolerance ranges of ten kinds of geometric error sources are obtained. These research achievements can provide fundamental guidelines for component manufacturing and assembly of this kind of parallel mechanisms.     

基于球杆仪的三坐标并联动力头运动学标定方法

以一种新型3自由度并联动力头——A3头为对象,研究基于球杆仪检测信息的运动学标定方法。通过将误差闭环方程向支链驱动与约束方向投影,建立球杆仪检测信息与支链几何误差源的线性映射模型,所建模型可有效地分离出影响动平台可补偿和不可补偿精度的几何误差源。在此基础上,提出一种具有分层递阶格式的运动学标定方法,即首先识别出初始位形的支链零点误差,其次利用球杆仪识别其他几何误差源。计算机仿真和试验结果表明,所提出的运动学标定方法是有效的。     

6-UPS并联机床误差分布特性

为确定6-UPS交叉杆式Stewart型并联机床BJ-04-02(A)的加工精度特性,运用逆向思维方式,从刀具平台发生给定位置误差、姿态误差时驱动杆长度的变化中获得机床精度信息。计算了工作空间内各位置点、各姿态下刀具平台发生给定位置误差、姿态误差时驱动杆长度的变化量;通过极值、倒数等运算,获得了单位杆长误差引起的刀具平台位置、姿态误差的上下限,并给出了位姿误差在工作空间内的分布特性。     

一种基于工具坐标系的机器人运动学参数标定方法

机器人末端执行器位姿误差在基础坐标系中表示时,误差模型中包含姿态误差与位置矢量的乘积项,影响了参数标定识别精度。以工具坐标系为参考系,给出一种基于指数积公式包含关节约束条件的机器人位姿误差标定模型,避免了姿态误差与位置矢量的乘积项对参数标定识别精度的影响。以UR5机器人为标定对象,采用LeciaAT960-MR激光跟踪仪为测量设备,进行参数标定试验。试验结果表明,经参数标定后UR5机器人位置误差模和姿态误差模的平均值分别减小了91.07%和89.16%。     

空间圆姿态识别二义性的角度约束消除

为了消除视觉测量中单个圆姿态识别中存在二义性的问题,提出了一种基于空间角度约束消除二义性的方法,并且对姿态求解算法进行了误差分析,为准确进行姿态估算给出了指导性的实验结果。在摄像机已标定的前提下,根据圆特征在图像上的投影椭圆曲线确定了圆心位置和圆平面姿态参数,计算结果存在二义性;利用欧式空间中的角度不变量,识别出圆平面的真实姿态参数,同时确定圆心的真实位置;最后,根据误差传播理论对基于单圆特征的位姿估计算法进行了精度分析。实验结果表明,圆平面姿态角的测量绝对误差在0.2°以内,圆心的定位误差为0.5%,根据圆平面的位姿参数计算的共面直线的距离误差为0.8%。该方法能够准确地识别圆平面的位置和姿态,计算过程简单,结果稳定可靠且具有较高的精度。     

基于3-CCD显微视觉的高精度靶位姿控制

针对高功率激光物理装置中的靶自动准直实验平台,提出了一种基于三路显微视觉的高精度靶位姿控制方法。该方法采用基于图像的显微视觉控制策略,通过对送靶机构的主动运动控制,实现了图像雅可比矩阵的在线自标定;利用增量式PI控制方法对送靶机构进行控制,实现靶的快速定位及姿态调整。本文对比了基于图像的显微视觉控制和之前研究中所提出的基于位置的显微视觉控制两种方法。其中,基于图像的控制方法靶的定位误差为0.07μm,姿态调整误差为0.02μrad;而基于位置的控制方法靶的定位误差为0.16μm,姿态调整误差为0.07μrad。实验结果表明:基于图像的显微视觉控制方法对系统中的运动学误差、视觉标定误差等因素具有较好的鲁棒性,靶定位及姿态调整的精度高且稳定性好。     

一种协作机器人位姿重复性优化综合

在给定位姿重复性要求的前提下,寻找各关节随机运动精度的最优分配方案能够使协作机器人设计更加合理,对降低机器人制造成本有重要意义.首先,在机器人位姿重复性分析的基础上,建立了位姿重复性数学模型,该数学模型包含机器人位置重复性和姿态重复性;其次,以协作机器人KUKA iiwa 7为例,以关节运动误差最大化为优化目标,对该机...     

The canonical stewart platform as a six DOF pose sensor for automotive applications

The growing demand for prolonged fatigue life of automotive parts and components requires elaboration of their motion in Cartesian space having six degrees of freedom (DOF). Recently, the canonical Steward platform, consisting of six displacement sensors mounted on two parallel platforms, was introduced to comply with this request. In order to apply this pose sensor to automotive applications, the following two important matters are investigated in this study. First, update Jacobian is proposed as a faster and more stable numerical method to solve the forward kinematic problem without any iteration process. Second, the attachment position and initial configuration of the Stewart platform must be adjustable to avoid the interference with other components due to space constraints under the hood of automotive vehicle. In this case, however, the Jacobian matrix which converts six displacement components into a six DOF pose vector is prone to be ill-conditioned so that the converting accuracy becomes worse. The L₁-norm of each row in the Jacobian matrix quantifies how much the error would be provoked according to the given kinematic geometry. Hence, it can be used here as a reliable error indicator. Furthermore, several numerical examples are discussed to demonstrate what to consider when designing a six DOF pose sensor for automotive applications.     

基于合作靶标的分布式测量系统定向方法

大尺寸分布式测量系统基于多源观测交会原理,测量节点间的相对位姿关系决定了系统整体性能。 工作空间测量定位 系统是分布式测量系统的典型代表,其定向方法借助激光跟踪仪的靶球互换性构建几何约束条件,导致系统接收节点存在不可 避免的对心误差,影响定向精度。 本文研究了一种移动式合作靶标的分布式系统定向方法。 通过设计集成多接收节点的合作 靶标,无需精确确定靶标接收节点间的结构关系,而是利用接收节点间空间位置的相对不变性作为刚性约束来建立冗余光平面 交会信息的基站相对位姿关系模型。 结合后方交会定向初值解算模型,得到了不受接收节点互换对心误差影响的定向结果。 最后以工作空间测量定位系统(wMPS)为实验验证平台,结果表明:此定向方法避免了靶球高精度互换性,具有较好的稳定性, 能够有效降低接收节点互换对心误差的影响。 与传统基准尺定向方法相比,此定向方法的基准长度测量精度提高了约 40% 。