Delta并联机械手几何误差建模及灵敏度分析

以一类含平行四边形支链的Delta并联机械手为对象,利用空间矢量链分析方法,构造出机构末端位置和姿态误差与几何误差之间的映射关系,明确揭示出影响机构末端不可补偿误差的几何误差源,并借助灵敏度分析定量揭示几何误差对末端位姿误差的影响.研究成果对指导同类装备的设计与制造具有普遍的意义.     

输电线带电作业机械臂末端位姿误差补偿方法研究

输电线路带电作业机械臂辅助并代替人工进行线路检修作业与维护,具有广阔的应用前景。但自身与外部扰动等多重因素会使得机械臂末端位姿存在一定偏差,直接影响作业对象定位精度,为了提升机械臂末端在作业过程中的位姿精度,并使得机械臂能够自适应补偿扰动带来的影响,本文首先建立了机械臂作业过程的运动学模型,基于该运动学模型建立了机械臂关节连杆参数和关节转角存在摄动时的末端位姿误差数学模型,在上述基础上提出了一种机器人机械臂末端位姿误差补偿方法,并通过仿真实验验证了误差模型和补偿方法的有效性。最后,在带电线路上,以机械臂实现输电线路引流板螺栓紧固为例进行了检修作业,试验验证了本文所提出的机械臂末端位姿误差补偿方法的工程实用性,本文的研究对于输电线路智能运维管理具有重要理论意义和实际应用价值。     

含间隙铰可展太阳翼末端重复展开精度分析

为提高太阳帆板重复展开定位精度,研制了太阳帆板重复可展机构. 可展机构采用绳系内错式传动原理实现二级帆板的同步重复展开功能,采用水平和铅垂两种布置方式适应太阳帆板的不同展开工况. 基于工程实际,引入铰链间隙以及帆板柔性两因素,建立可展太阳帆板的动力学模型,并进行仿真及数值分析. 分析结果表明:太阳帆板末端位姿精度随铰链间隙的增大而降低,而柔性则直接导致太阳翼展开时产生误差,但二者耦合作用时,能够补偿间隙对帆板重复展开末端位姿精度的影响. 利用研制的可展机构样机对太阳翼展开性能、重复展开定位精度进行实验测试,实验结果验证了合理设计铰链关节间隙,利用帆板柔性与铰链间隙的耦合作用可补偿帆板重复展开末端位姿误差;在许可误差范围内,合理地匹配两因素,可使铰链间隙值具有较大的可取范围,对提高机构的定位精度有益.     

机械手精度的稳健性分析与误差补偿

为了提高机械手的设计精度,引进了模糊稳健分析方法,推导出了基于模糊稳健设计的机械手手部位姿误差综合精度设计方法,提出了机械手位姿误差补偿公式。最后以示例说明所述方法的应用。     

基于点球约束的七自由度机器人误差建模与参数辨识

自动化装配对于机器人绝对定位精度提出了更高的要求,由于各种误差因素的影响,机器人理论位姿和实际位姿总是存在着一定的误差,若绝对定位精度过低,容易导致装配过程中零部件之间发生碰撞,严重影响着装配机器人的应用与推广。标定技术是提高定位精度的主要手段,误差建模、数据测量、参数辨识是标定与误差补偿过程中的重要环节。为此,提出了一种基于点球约束的机器人误差建模与参数识别方法：1)通过在机器人末端安装的六维力传感器反馈末端受力情况控制机器人以多种姿态使标定锥与靶标球球面重合,记录接触时各关节的位置数据;2)以靶标球球体半径为适应度函数,利用遗传算法辨识误差参数,从而建立完整的误差补偿模型。以自主研制的七自由度装配机器人为研究对象,针对装配机器人的结构特点,由正向递推建立机器人的正运动学方程,应用固定关节法与反变换法获得机器人逆运动学方程;基于D-H模型,建立机器人的运动学误差模型,在理论研究中,预设定误差参数与位姿变换矩阵,通过牛顿迭代法获取了关节变量值,将关节变量值代入正运动学方程进行验证,利用遗传算法进辨识误差参数,将辨识结果代入运动学模型中进行验证,机器人定位精度得到明显提高。通过实验,采用点球式标定方法采集机器人关节数据,应用遗传算法辨识误差参数,将所求得的误差参数代入误差模型中进行实验,绝对定位精度提升了76.74%,验证了基于点球约束的机器人误差建模与参数识别方法的有效性,为多自由度机器人标定研究提供有益参考。     

机器人位姿误差的综合补偿

机器人末端的位姿误差往往是多种因素综合作用的结果,各项机械误差和控制误差产生的影响不可能通过控制系统本身加以消除,必须通过软件对其进行补偿.本文就由多种因素引起的机器人综合位姿误差的补偿作了探讨,提出了一种数值逼近方法来求解机器人各关节所需要的误差补偿值.这种方法特别适用于连杆和关节存在柔性的情况.通过对实例进行的仿真计算表明,补偿的效果相当明显.     

误差融合技术的移动机器人SLAM算法研究

即时定位与地图构建是移动机器人自主导航的关键技术,利用单一激光雷达提取的原始特征点云求解帧间运动会产生位姿估计失准。将IMU预积分信息通过线性插值的方法对失真激光点云进行运动补偿,矫正移动机器人自身位姿;采用基于线面特征的点云提取与匹配,提高定位精度;增加回环检测模块,利用ICP算法对存在回环的两关键帧建立约束,以减少系统长期运行造成的累计误差;构建整体代价函数,对全局系统误差进行优化。回环检测插值算法降低了位姿估计失准对系统性能的影响,提高了移动机器人的定位精度,绝对位姿误差更小,保证了构建地图的全局一致性。     

基于点球约束的机器人误差建模与参数辨识

自动化装配对于机器人绝对定位精度提出了更高的要求,机器人理论位姿和实际位姿总存在一定的误差,若绝对定位精度过低,容易导致装配过程中零部件之间发生碰撞,严重影响装配机器人的应用与推广。为此,提出了一种基于点球约束的机器人误差建模与参数识别方法：1）通过在机器人末端安装的6维力传感器反馈末端受力情况,控制机器人以多种姿态使标定锥与靶标球球面重合,记录接触时各关节的位置数据;2）以靶标球球体半径为适应度函数,利用遗传算法辨识误差参数,从而建立完整的误差补偿模型。以自主研制的7自由度装配机器人为研究对象,针对装配机器人的结构特点,由正向递推建立机器人的正运动学方程,应用固定关节法与反变换法获得机器人逆运动学方程;建立机器人的运动学误差模型,预设定误差参数与位姿变换矩阵,通过牛顿迭代法获取了关节变量值,利用遗传算法进辨识误差参数,将辨识结果代入运动学模型中进行验证。采用点球式标定方法采集机器人关节数据,应用遗传算法辨识误差参数,将所得参数代入误差模型中进行实验,结果表明,绝对定位精度提升了76.74%,验证了基于点球约束的机器人误差建模与参数识别方法的有效性,为多自由度机器人标定研究提供了有益参...     

基于粒子优化算法的并联机器人误差建模分析

以6?PTRT并联机器人为研究对象,建立其位姿误差模型,利用单支链闭环矢量法,依据输入输出关系,建立误差方程。依据6?PTRT并联机器人的位姿误差模型,将机构误差转化为驱动杆误差,利用MATLAB软件分析各个驱动杆杆长误差参数对其输出位姿误差的影响;建立并联机器人位姿误差修正的目标函数,利用基于带收缩因子的自适应权重粒子群算法寻优各个驱动杆误差参数,修正末端位姿、提高运动学精度,为6?PTRT并联机器人动力学、位姿标定以及轨迹规划和控制等问题提供理论依据。     

并联机器人误差检测与补偿的三平面法

为了提高并联机器人的定位精度,需对其进行误差检测与补偿.该文提出"三平面测量法",在并联机器人运动平台上建立3个近似相互垂直的平面,以三坐标测量机为辅助测量工具,获取这3个平面在某一固定坐标系下的平面方程,从而得到机器人实际位姿.建立6-DOF并联机器人误差方程,结合"三平面测量法"辨识出误差参数,实现并联机器人误差检测、标定及补偿.利用一台具有平行导轨的6-DOF精密并联机器人进行了试验验证.结果表明补偿后机器人期望和实际位姿之间的差别与机器人的重复位姿精度达到同一数量级,较补偿前明显改善.     

机器人位姿误差的综合补偿

机器人末端的位姿误差往往是多种因素综合作用的结果，各项机械误差和控制误差产生的影响不可能通过控制系统本身加以消除，必须通过软件对其进行补偿．本文就由多种因素引起的机器人综合位姿误差的补偿作了探讨，提出了一种数值逼近方法来求解机器人各关节所需要的误差补偿值．这种方法特别适用于连杆和关节存在柔性的情况．通过对实例进行的仿真计算表明，补偿的效果相当明显．     

水下机器人-机械手末端精度测量方法及误差分析

针对水下机器人-机械手系统的末端精度测量问题,本文研究2种不同原理的末端精度测量方法。为检测系统末端精度是否在某一特定范围内,提出一种非接触式末端精度范围测量方法;针对水下环境中机械手末端精度数值的测量问题,提出一种接触式水下机械手末端精度测量方法。针对末端精度测量方法的原理性误差问题,分析测量方法中误差影响因素,提出基于数值迭代方式的误差分析方法。在水下机器人艇体固定和动力悬停状态下,进行末端精度测量水池实验,实验结果表明:本文方法能实时、有效测量得出机械手末端精度,并验证了本文方法的有效性。     

3-RPS对称并联式机械腿误差模型及分析

针对以2R1T对称并联机构中3-RPS并联机构为核心的机械腿,基于矩阵全微分理论,建立了机构位姿误差模型.通过数值仿真得知,相对机构误差对动平台X与y向的影响,其对Z向的影响更大,将产生较大误差,达到0.308 mm;对应的Rodrigues参数中Φ2误差相对于Φ1变化较大,达到7.1×10-5,参数Φ3保持为零.一些结构误差由于使末端位姿发生明显变化,在制造与装配工艺性方面应相应加强;在驱动杆件误差发生变化时,末端位置Z轴参数变化较大,在0.5mm范围内变化,末端姿态参数Φ2的误差分量约是相应Φ1变化值的2倍;各项误差导致的动平台位置误差呈非线性趋势变化,但变化较小,可近似为线性变化,可用软件方法进行补偿.     

精密装配用并联机器人标定及机构误差分析

为了提高手机摄像头的装配精度,设计开发一款用于精密装配的小型并联机器人,并对机器人进行标定以及机构误差分析.用数值方法推导机器人的正逆运动学模型和误差模型,并探讨机器人运动学模型和误差补偿模型衔接的问题;设计在桥式三座标测量机上进行测量标定的方法,并对机器人进行标定实验;从机构角度对机器人的间隙误差来源进行分析,分析机器人构型对间隙误差的约束,并对机器人进行重复定位精度测试.经过标定及机构误差控制,机器人位姿坐标的最大位移误差由0.345 9 mm降为0.012 1 mm,最大转角误差由0.007 3 rad降为0.001 1 rad,重复定位精度为0.004 8 mm.实验结果表明该标定方法及机构误差分析方法能有效提高机器人的精度.     

改进人工势场法的冗余机械臂避障算法

针对传统人工势场法应用于串联型冗余机械臂避障时无法约束各关节位姿、陷入局部极小后难以逃离的问题,提出一种改进人工势场法.建立冗余机械臂运动学模型,采用线段球体包络盒模型进行碰撞检测.在笛卡尔空间内建立末端引力势场和障碍物斥力势场,在关节空间内建立目标角度引力势场,所有势场共同作用引导机械臂运动.在关节空间内求解虚拟目标角度并采用高斯函数建立虚拟引力势场处理局部极小问题.利用七自由度冗余机械臂进行仿真和实验,结果表明:算法可约束各关节位姿,陷入局部极小后可引导机械臂逃离局部极小,最终完成避障;避障结束时各关节角度最大误差为0.8°,末端平均位置误差和平均姿态误差分别为0.010 m和2.40°,均小于传统算法;避障过程中各关节运动幅度小于传统算法.改进算法可引导机械臂逃离局部极小并完成避障,同时提高避障结束时各关节及末端的定位精度,对冗余机械臂的避障研究及应用具有一定的指导意义.     

基于Kriging模型的工业机器人定位精度补偿方法

定位精度是影响工业机器人性能的重要指标之一。为提高工业机器人的绝对定位精度,本文提出一种基于Kriging模型的定位精度补偿方法。根据工业机器人末端的名义位置和实际位置,计算不同点处的定位误差,并建立名义位置与定位误差之间的Kriging模型。然后,采用建立的Kriging模型,预测工业机器人在不同位置的定位误差,从而对工业机器人进行定位精度补偿。最后,利用KUKA KR150-2型机器人,结合该机器人位姿误差模型对提出的定位精度补偿方法进行验证。结果表明,补偿后工业机器人的绝对定位精度得到有效改善,其最大定位误差从1.989 4 mm降为0.008 4 mm,证明了本方法的可行性和有效性。     

工业机器人校正技术及软件设计

机器人末端执行器准确到达预先指定位姿的能力是其重要的技术指标之一,而机器人位姿误差校正补偿技术正是提高机器人位姿精度的有效方法.本文采用机器人位姿误差局部校正方法,建立了机器人工作空间位姿转换矩阵及误差模型.以AdeptOne机器人为对象,利用光电检测手段,自行设计研     

一种2自由度平面并联机器人的精度分析

以一种2自由度平面并联机器人机构为对象,分析了该并联机器人机构的误差源,首先利用图解法得到该平面并联机器人机构的可达工作空间和有效工作空间,再利用环路增量法和误差分离技术导出了末端位置误差与误差源之间的映射关系,因而为其在工作空间内的位姿误差建立了数学模型,给出了这个平面并联机器人机构位姿误差的计算方法,从而对其进行精度分析,最后借助于搜索法得到了其在有效工作空间内的误差分布图像.     

3-RSS/S并联机构位姿误差的数值分析方法

位姿精度是机构的重要性能指标,也是并联机构结构分析的难点之一。针对在3-RSS/S并联机构误差分析中采用全微分方法忽略高次项会使精度下降的问题,提出采用数值分析的方法来研究位姿误差:基于逆向运动学模型,通过不含误差的机构尺寸参数进行逆解计算,得出机构的输入参数;基于正向非线性运动学模型,以原姿态角作为迭代初值,计算出包含误差时的动平台末端姿态,进而计算出位姿误差;根据设定的误差源分布规律,基于蒙特卡洛方法随机生成机构尺寸参数的误差,计算得到位姿误差的分布规律;遍历整个工作空间,得到位姿误差在整个工作空间中的数字特征值与分布规律。通过三维建模方法验证了数值计算的正确性,通过算例验证了该方法的可行性与有效性,为3-RSS/S并联机构的精度研究奠定了基础。     

极限位姿工况下四自由度机械手力学特性

针对四自由度机械手工作时手臂易发生弯曲、疲劳断裂等问题, 构建了机械手的有限元模型, 对极限位姿状态下的水平最大伸展位姿与垂直最大伸展位姿的机械手进行仿真实验, 验证了其可靠性, 并对机械手进行相应的物理样机实验。结果表明: 在两种极限位姿工况下, 机械手的最大应力均位于小臂的连杆上端, 最大位移则位于机械手前臂的前端, 其中最大应力为19. 131 MPa, 最大位移为0. 278 mm。同时通过对有限元计算分析结果与实验结果的对比分析, 仿真结果与实验结果数据基本一致, 验证了机械手有 限元分析的正确性。