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.     

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。     

全伺服横走式注塑机械手的静态位姿误差分析和误差补偿

随着注塑成型的广泛应用,注塑机械手的应用范围也越来越广,主要包括模内外取件、取出产品后自动包装和模内埋入嵌件等.其中用于模内埋入嵌件的注塑机械手的定位精度要求较高,首先采用矩阵微分法建立静态误差模型,对全伺服注塑机械手进行静态位姿误差分析,得出注塑机械手的末端静态位姿误差与机械手的结构参数和运动变量之间的关系;然后利用摄动误差补偿法对机械手进行误差补偿,消除或减轻机械手末端的位姿误差,提高机械手末端执行器的定位精度.     

弹簧展开铰链锁定冲击及减小冲击方法

为减小空间可展开机构中弹簧展开铰链应用时易产生的冲击,通过拉格朗日方程与赫兹方程,提出铰链展开末端的冲击加速度和冲击力矩的计算方法,分析影响冲击力矩大小的主要因素,首次从组合机构的角度,提出间歇性运动机构和耗能型机构两种降低弹簧展开铰链展开末端冲击的设计方案,从能量的角度讨论两种机构减小铰链冲击方法的作用效果.对两种降低铰链冲击的机构进行三维建模,并对模型进行仿真验证.仿真结果表明:间歇性运动机构和耗能型机构分别可以使冲击力矩减少约90%和31%.研制两种低冲击铰链机构样机,并进行试验和测试,冲击加速度测量结果表明,间歇性运动机构和耗能型机构可以分别使铰链展开末端冲击速度降低约95%和40%.     

柔性压电式微位移机构在精密机床定位中的应用研究

研究、设计了一种柔性压电式微定位机构。此机构采用压电陶瓷作为微位移驱动器,柔性铰链为导向机构,对丝杠螺母传动的精密机床工作台的运动位置进行自动补偿,实现了超精密定位。文中对柔性铰链机构进行了合理的设计及参数分析,并应用于精密机床中进行定位精度测试。实测结果表明,采用柔性压电式微位移机对精密机床工作台二次精定位,可使工作台定位精度提高到0.01μm,可满足精密、超精密加工需要。     

基于区间分析的一类三转动自由度并联机构的精度设计(邀请论文)

面向大型结构件调姿、天线跟踪及快速定位等应用需求,研究三转动自由度并联机构3-PSUS的精度设计方法.首先,利用螺旋理论建立该机构的误差映射模型,并将影响机构末端姿态精度的几何误差分离为可补偿误差与不可补偿误差2类.其次,借助区间分析理论,提出不可补偿误差的灵敏度指标,并通过全域灵敏度分析揭示各项不可补偿误差对机构末端姿态精度的影响规律.然后,以灵敏度指标值为分配权重,建立各项不可补偿误差的优化分配模型,在给定精度约束下,借助遗传算法将难以实现的不可补偿误差的公差值松弛至最大可行区间.最后,通过蒙特卡洛仿真验证了所提出精度设计方法的有效性.     

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     

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.     

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.     

含铰间间隙太阳帆板展开动力学仿真

为了研究铰间间隙在太阳帆板展开过程中的影响,采用非线性等效弹簧阻尼模型建立了间隙处的接触碰撞模型,同时采用Cou lomb摩擦模型考虑铰间间隙处的摩擦作用.并将其嵌入到ADAMS多体系统动力学分析软件中,对一单翼小卫星太阳帆板展开过程进行了数值仿真.研究了间隙撞击力的变化规律,分析了间隙对卫星本体姿态运动及帆板展开过程的影响.仿真结果可以较好地预测铰间间隙对卫星本体姿态运动及太阳帆板展开动力学的影响,对卫星姿态控制系统的设计和地面试验提供了参考和依据.     

三伸缩杆驱动的光伏板视日追踪系统设计与研究

视日追踪系统能够显著地提高光伏板接受太阳能的效率。相较于串联式,并联式视日追踪系统以其追踪精度高、功耗小和耗材少等优点在太阳能追踪中具有很大的应用潜力,但相关研究尚属起步阶段且并不能满足实际需求。基于3-RPS并联机构,提出了一种新型三伸缩杆驱动的光伏板视日追踪系统。其中,三根伸缩杆结构相同,且呈正三角形布置;每根伸缩杆的上端通过复合铰链与光伏板相连,下端通过转动铰链与基座相连;通过改变三根伸缩杆的长短驱动光伏板运动,实现对太阳的实时追踪。首先,结合太阳运动规律和3-RPS的机构性质,根据空间几何学,建立了追日过程中的相关数学模型。在此基础上,针对特定的追踪地点、日期和机构尺寸,对系统分别在夏至日和冬至日当天进行了仿真分析。进而,针对每条支链所需伸缩杆节数过多的问题,提出了动平台质心高度可动的控制策略。对于目前商业化球铰转动范围不足的问题,采用虎克铰链加转动铰链组成的复合铰链来代替球铰的结构方案,同时,得到了复合铰链绕其各转动轴线的转动角度。然后,由于追日过程是一个缓慢的过程,通过建立系统的瞬时静力学模型,仿真得到了系统所需的驱动力和驱动功率,最大驱动力为164.65N,总的最大驱动功率为2.94e-3W。最后,实施了系统的追日实验,验证了理论和仿真分析的正确性,同时得到了系统的追踪精度在±0.4°以内。     

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。     

Error Analysis on the Positioning Accuracy of a Pneumatic Vibration Isolator

A method of error analysis on the positioning accuracy of a pneumatic vibration isolator was proposed. First, the necessity of positioning accuracy was studied, in addition to the key factors associated with positioning accuracy. These analyses indicated that the positioning accuracy of the pneumatic vibration isolator was mainly attributed to the position error of the push button and the gap between the spindle and valve stem. Second, the error model of the positioning accuracy of the pneumatic vibration isolator was established through geometric simplification and geometric calculation. There are different methods used to calculate the position error of the push button for the different valves. Finally, an example analysis evaluating the impact of a specific two-position three-way valve on the positioning accuracy was given by means of error distribution. Experimental results validated the accuracy of the error model and the example analysis. This error model can be used to guide the structural parameter optimization design according to the requirements for positioning accuracy.     

三坐标定位器部件刚度配置方法

为满足机身调姿工装的定位精度要求并兼顾调姿工装的制造工艺、成本等要求,建立三坐标定位器部件刚度配置与机身位姿误差、变形之间的关系模型,提出三坐标定位器的部件刚度配置方法,给出三坐标定位器部件刚度配置的评价标准与流程.对机身的位姿误差、变形进行参数化定义,将调姿工装有限元模型与定位器空间定位误差模型结合,用于计算机身的位姿误差、变形.以典型的五次多项调姿路径为例,计算不同的刚度配置条件下机身的位姿误差、变形,并进行正交试验分析,得到三坐标定位器部件刚度配置的约束条件,以三坐标定位器的重量为优化目标,给出一种刚度配置.计算结果表明,经刚度配置优化后,三坐标定位器的重量可减少2.1 t.     

静不平衡测量系统柔性杠杆机构分析优化

以质心投影法为主要测量原理,柔性杠杆机构为桥梁,设计一套多框架机构静不平衡测量系统,分析测量原理特性表明:降低柔性杠杆输出端柔度能够有效提高系统测量精度。基于直圆型柔性铰链封闭方程,建立柔性杠杆的柔度模型,利用有限元分析软件Ansys验证柔度模型的准确性,并通过合理设计优化函数和约束条件,对柔性杠杆机构输入和输出端进行相应优化。结果表明:采用封闭方程建立柔度模型的方法是可行的,其柔度理论值与仿真值误差在9%以内,同时建立的优化函数切实可行,在力臂放大系数变化量仅为2%的前提下,杠杆输出端柔度降低了18.63%,增加了杠杆线性度范围,从而有效提高了静不平衡测量系统测量精度。     

含铰间间隙的航天器附件展开过程分析

讨论了较间间隙在附件展开过程中的影响,由于分段线性模型可以较好地模拟间隙的变拓扑、含碰撞的动力学特征,将其并人到多柔性系统力学方程中,进而通过数值仿真详细地分析了间隙对系统的撞击力、姿态变化和附件的弹性振动的影响。     

平面四杆机构运动精度可靠性分析与数字仿真

通过引入误差随机变量并应用微小位移的线性迭加原理,对平面四杆机构分别在仅有杆长尺寸误差或铰链间隙误差以及两种误差同时存在的3种情况之下,对其输出运动误差进行了分析与综合;建立了机构运动精度可靠性分析模型;利用计算机数字仿真技术,考察了机构中杆长尺寸误差和铰链间隙误差随机变量均值和方差的改变对机构输出运动精度可靠度的影响,从中获得了一些有意义的结论。     

尺蠖型压电旋转驱动器的静动态特性研究

提出一种以压电叠堆为动力转换元件基于尺蠖驱动机理的精密旋转驱动器方案,驱动器定子上的传动单元均采用直角柔性铰链,对柔性铰链力学特性进行了分析,并建立了柔性铰链空间力学模型.对驱动器工作原理进行了分析,采用MSC Patran/Nastran软件对机械结构进行了仿真分析;并对所开发的驱动器样机进行了实验测试.测试结果与理论分析结果基本相符,所开发的驱动器样机具有定位精度高(单步绝对误差率<2%),性能稳定、可靠等优点,可望在超精密加工、精密光学等领域得到应用.