可变胞并联机械臂样机的研制与误差分析

提出了一种通过驱动副锁定组合实现变胞的超冗余并联机械臂,其基础构型是3-PUPS并联机构,对机械臂进行了误差建模与分析,并通过标定系统测量了机械臂实验样机的定位误差。首先,提出了通过对3-PUPS机构各驱动副的组合锁定实现机械臂变胞的设计思路,从而使机械臂可以根据任务需求改变自身构型和性能;然后,采用含误差源的闭环矢量回路法,建立了机械臂3-PUPS机构的误差传递模型,并以此为基础,分析了机械臂的各误差源对其运动平台输出误差的影响规律;接着,根据各误差源对机械臂的输出误差影响程度,确定了各主要运动副配合零件的加工精度等级及公差,在此基础上研制出机械臂的实验样机;最后,采用一套高精度的工业机器人标定系统对机械臂的实验样机进行了定位误差测量,实验表明:机械臂的运动平台的位置误差均在0.005~0.038mm之间,姿态误差均在0.010~0.044°之间,位置误差比通用式工业机器人的位置重复定位精度0.05mm略有提高,姿态误差与通用式工业机器人的姿态重复定位精度0.045°相当。     

乒乓发球机器人手臂末端位置误差补偿研究

为了有效解决乒乓球发球机器人手臂末端定位误差较低的问题,将乒乓球发球机器人作为研究对象,通过MD-H法和微分变换原理构建位置误差模型,同时组建统一变换函数,分析不同参数误差对手臂末端位置误差的影响程度。在关节空间差值误差补偿的基础上对网络型数据展开拟合处理,依据网格顶点利用关节空间距离权重函数补偿机器人手臂关节在运动过程中的转角误差,将补偿应用到机器人运动规划的关节转角中,最终实现手臂末端位置误差补偿。经实验测试结果表明,所提方法可以有效降低乒乓球发球机器人手臂末端位置误差。     

基于激光扫描测量臂的工业机器人运动学标定

提出一种基于激光扫描测量臂测量系统的6轴工业机器人运动学标定方法。分析了机器人本身的运动偏差和综合考虑测量系统构造的机器人坐标系与真实基座标系之间的不重合问题;建立机器人末端位置与各连杆参数相关的绝对定位误差方程,基于该误差方程,利用便携式激光扫描测量臂测量系统对不同空间位置姿态下机器人的法兰中心点进行测量,并用最小二乘法对误差方程进行解算,利用计算出的参数误差修正机器人模型中的各名义参数值,可以提高机器人运动的准确度。将该方法应用在Staubli TX90工业机器人上,实验结果表明,机器人的绝对定位精度由标定前的均值/标准差0. 742 5 mm/0. 191 0 mm减少到标定后的0. 242 8 mm/0. 098 1 mm,提高了近50%,表明该标定方法的有效性和准确性。     

主从式机械手从手伸缩臂的定位误差研究

为了研究主从式机械手从手伸缩臂的末端定位误差。首先在伸缩臂无传动系统状态下情况,根据伸缩臂实际结构,得到各管因间隙产生的末端偏差;其次考虑中管在梯形丝杠传动运动情况,建立基于梯形丝杠进给系统的力学模型,并通过对其进行求解,与无传动系统状态下中管产生的偏转角度进行对比分析,得到中管运动稳定时的偏移角度情况。结合中管、内管偏移角度曲线,得到伸缩臂运动任何工作位置的末端定位误差。该结果分析对主从式机械手从手伸缩臂在运动过程中对末端定位误差的理论研究有实际意义。     

基于肘部自运动的主从异构7自由度机械臂运动映射及其几何逆解

为了在异构遥操作系统中将主臂运动信息完整的映射到从臂,以人臂运动特性为依据,针对7自由度机器人提出了一种新的主从运动学映射方法。该方法以机器人末端位姿和自转角为基础,建立主从映射矩阵。提出关节融合策略,对因有偏置而无法汇交成肩肘腕点的机器人进行关节融合,从而形成等效肩肘腕点,并以此确定映射矩阵参数。建立参考坐标系,对遥操作过程中产生的基系漂移误差进行修正。针对肘或腕不汇交的7自由度机器人,提出了一种新的逆运动学求解方法。该方法利用几何关系求解等效肩肘腕点的位置,并依据各等效点与各关节点之间的关系求解各关节角。仿真和试验结果证明了所提出的映射方法能够使从臂按照主臂所提供的信息在等比例模型中完成运动,并且在运动过程中从臂自转角与主臂相同,完成避障任务。     

融合云计算的桁架机器人柔性分拣结构控制

传统控制技术在计算分拣结构期望力矩时，忽略了对从动臂执行力矩的补偿，导致末端最大跟随误差、夹持力超调量较大。为此，针对桁架机器人柔性分拣结构，本研究融合云计算过程设计了新的自动化控制技术。在采集工件图像后定位其实际位置，从而确定抓取点。然后通过云计算获得分拣结构抬起高度等参数，根据抓取点和放置点位置规划分拣结构运动轨迹，并计算作用在主动臂、从动臂、动平台上的期望力矩。最后通过力矩前馈控制器执行力矩前馈补偿，驱动机器人柔性分拣结构完成运动轨迹。在实验中，改变分拣结构末端运动速度和负载，结果表明：该技术减小了分拣结构末端最大跟随误差和夹持力超调量，提高了工件位置跟踪精度和抓取稳定性，保证了机器人对速度变化和负载变化的自适应性。     

工业机器人运动学参数标定误差不确定度研究

为研究机器人末端定位不确定度分布规律,采用不确定度误差的评价方法对工业机器人标定方案得到的运动学参数进行了分析.采用基于各轴单独旋转拟合空间曲线的方法,解算获得运动学参数模型.在机器人标定模型的基础上,分析出各项运动学参数标定结果的不确定度.分析了各轴关节转角θ对不确定度的影响规律,并实验研究各轴在标定或者动态测量过程中,测量点数及测量角度等条件对测量不确定度的影响.推导出机器人末端位置误差不确定度的计算方法,并分别以机器人某一固定姿态和固定路径为例,研究了机器人末端位置误差的不确定度.采用激光跟踪仪做为闭环测量设备,实验验证了单轴运动空间曲线拟合方法,可有效地估计在整个机器人工作空间内的运动误差不确定度分布,标定后在x、y、z3个方向上定位不确定度分别为0.356 mm、0.582 mm和0.524 mm.     

三关节机械臂运动精度的误差分析及补偿策略

针对机械臂重复运动精度差的特点,对导致机械臂运动误差的主要影响因素进行分析。基于D-H坐标系的相关理论建立位置误差模型,对机械臂关节之间的位置误差进行分析。根据D-H参数位置误差,提出误差补偿方案,提高机械臂的运动精度。采用ADAMS软件建立三关节机械臂的动力学模型,通过对各关节的运动特性的分析,讨论在不同外界条件下各关节驱动器的力矩曲线和各关节运动关系曲线的变化,为更深入研究机械臂运动学和动力学问题,以及串联关节机械臂的本体和控制器设计提供了理论依据。     

一种基于视觉测量的SCARA机器人标定方法

为提高SCARA机器人的精度，以SCARA机器人的零点标定方法为研究对象，校正因机械加工误差、装配间隙误差和零件磨损等因素造成实际臂长与设计臂长的偏差，还有因SCARA机器人的大小臂没有完全重合在一条直线上造成实际零点位置与理论位置的偏差。通过相机和图像识别技术，精确地定位出标定器上两个辅助点的位置，依据SCARA机器人的正反解和两点法标定的方法，以此标定出零点的实际位置和机器人大小臂的实际长度。所提出的SCARA机器人零点标定方法操作简单，精度较高，与一般的零点标定方法相比，该方法不需要依靠昂贵的设备，能满足大部分情况下机器人的工作要求。实验结果表明，经过标定后，机器人的位置误差在0.06 mm以内，大臂的长度误差在0.03 mm以内，小臂的长度误差在0.025 mm以内。     

机器人装配系统的精度分析

分析了机器人装配系统中引起装配件和装配基础件相对位姿误差的主要误差来源,即机器人运动参数误差、各关节的间隙和制造误差、工件传递装置的定位误差、夹具夹爪的定位误差等;并推导出了以上各误差对装配件和装配基础件间相对位姿误差的影响关系式,为机器人自动化装配系统的设计提供了理论依据。     

基于阻抗控制的双臂机器人关节限制规避仿真研究

双臂机器人在运动过程中容易受到关节的限制,致使运动轨迹在某段时间内输出误差较大。对此,采用阻抗控制机器人手臂关节运动,并对跟踪角位移进行误差仿真。创建了双臂机器人运动模型简图,通过雅克比矩阵推导出机器人手臂逆运动学方程式。建立分层优先级任务体系结构,分析了冗余机械臂关节规避极限状态,设计了阻抗控制方法。采用Matlab软件对冗余机械臂阻抗控制效果进行仿真,并与无阻抗控制效果进行对比。结果显示:在无阻抗控制条件下,冗余机械臂在某段时间内会偏离期望运动轨迹,造成误差较大;在有阻抗控制条件下,冗余机械臂在整个运动时间内,都能很好地实现轨迹跟踪任务,输出误差较小。因此,采用阻抗设计方法,双臂机器人能够避免关节的限制,更好地完成轨迹跟踪任务,提高跟踪精度。     

Delta并联机器人刚柔耦合仿真分析

为了提高Delta并联机器人在负载较大且高速拾取目标样本时的运动精度,对机器人进行刚柔耦合分析,以求减少运动误差。通过Solidworks对Delta并联机器人三维建模并简化,Matlab对并联机器人末端轨迹进行规划,反解得到机器人运动过程中主动杆的角位移变化,ANSYS对从动杆柔性化导入ADAMS中进行联合仿真,在不同负载条件下观察分析机器人末端误差和运动过程中柔性杆的变形,可以得出随着负载的增加机器人末端误差加大,并且运动过程中杆件误差随时间叠加,这为寻找解决定位误差的方法提供了参考。     

仿人7自由度机械臂位置层面轨迹规划研究

仿人7自由度机械臂作为一种特殊结构的冗余自由度机器人,具有更好的运动学性能.为了简化仿人机械臂轨迹规划的计算量,从仿人机械臂的逆运动算法入手,讨论了位置层面的仿人机械臂逆运动计算方法,并在轨迹规划中采用定时插补和定距插补的方法,通过位置层面逆解中加入机器人运动的速度和加速度等信息,实现了在位置层面上对仿人7自由度机器人关节空间的全方位运动规划.     

基于自适应变阻抗的工业机器人双机械臂控制

为了实现对工业机器人双机械臂位置/力的精准控制,提出了一种自适应变阻抗控制算法。首先建立了阻抗模型,并对双机械臂系统进行了受力分析,将接触力分解为外力和内力,并分别针对外力和内力设计了自适应变阻抗控制算法来实现对位置/力的协同控制;然后通过仿真验证了自适应变阻抗控制算法能够实现对工业机器人双机械臂位置/力的协同控制,运动轨迹跟踪最大误差仅为0.3 cm,接触力跟踪最大误差仅为0.2 N,表现出了更优的控制效果;最后在定点控制测试平台上得到位置定位的最大误差仅为0.17 cm,接触力跟踪最大误差仅为0.22 N,表现出了更优的工程实用性。     

模块化柔性臂空间机器人运动误差分析

建立了一种模块化柔性臂机器人的综合误差分析模型,首次将以传递运动为主的减速器所产生的运动误差及因柔性臂弹性变形而产生的误差有机融合在一起。讨论了减小误差、提高机器人末端定位精度的方法。     

机器人视觉定位误差分析与试验研究

机器人视觉定位误差对于机器人准确抓取具有重要的影响。基于Hexsight 4.0和四轴视觉运动平台,首先对CCD相机进行标定,然后选择圆形、正三角形、正四边形、正六边形等典型图案,测量了视觉机器人对目标的抓取精度及机械臂转动角度的误差,分析了典型图案目标对视觉定位精度的影响。视觉机器人对圆型、正四边形的定位误差为0.4~1.2 mm,对正三角形、正六边形的定位误差为0.5~1.8 mm.对圆形的角度跟踪精度误差在-0.2°~0.2°,对正三角形、正四边形、正六边形的角度跟踪精度误差为-0.3°~0.5°.研究结果对于视觉机器人抓取和上下料的应用具有一定的实际意义。     

基于杂交算法的机器人时间最优轨迹规划

以多臂型铸造机器人中的六自由度机械臂为研究对象,在关节空间中采用4-3-4多项式插值的方法对机械臂进行轨迹规划设计。在速度约束条件下,运用杂交算法对插值结果进行优化,进而得到机械臂运行的最优运动时间。相比于传统粒子群算法,杂交算法具有较高的收敛精度与收敛速度。通过MATLAB软件仿真得到了机械臂运动过程中各关节运动位置、速度、加速度曲线。结果表明,杂交算法可以准确地实现速度约束下时间最优轨迹规划。     

PUMA机器人的精度设计

分析了PRMA机器人末端末架的位置和姿势误差的影响因素和各因素影响效果的相互关系，介绍了机器人臂的精度设计方法。     

5R串联机器人的静态误差分析及优化方法

以5自由度串联机器人为研究对象,采用D-H法建立该机器人运动学模型,并利用微小位移合成法建立该机器人的位置误差模型,通过理论计算得到末端位置静态误差表达式。以末端位置最大误差值为评价指标,运用控制变量法,研究各连杆参数误差对该串联机器人末端位置精度的影响程度。提出一种利用Jacobi矩阵将末端运动轨迹在Descartes坐标下的误差转换为关节角修正量的算法,并对其运动过程中的关节转角进行优化。仿真结果表明,该优化方法正确、有效,可有效降低运动路径误差至3mm以下。     

[制造前沿]机器人测量-操作-加工一体化技术研究及其应用

阐述了机器人加工的发展现状与面临的挑战,回顾了机器人测量操作加工一体化所需要的关键技术。以典型的机器人加工过程为例,分析了机器人测量-操作-加工一体化过程中误差的来源,建立了加工误差及其传递模型,并分别计算分析了测量误差、坐标变换误差与机器人执行误差对加工精度的影响。将机器人测量加工一体化方案用于飞机机翼和机身装配垫片的磨削加工,由点云数据得到工业机械臂的加工轨迹和工艺参数规划数据,通过在机械臂末端安装顺应打磨头来消除工件法向的位置误差,实现恒力打磨。实验结果表明,该机器人加工方案能够实现飞机装配垫片的变厚度磨削加工。