一种基于D-H参数的7自由度机械臂机构精度综合方法研究

提出了一种基于最佳精度模型的机械臂机构精度综合的方法,利用遗传算法对D-H参数公差优化分配,为机械臂的精度设计提供理论依据。以一种基于双电机伺服驱动关节的7自由度协作机械臂为研究对象,机械臂的几何定位精度的设计目标为1.4 mm,建立该型机械臂末端执行器的几何定位误差模型;对参数误差进行敏感性分析,找出对机械臂末端执行器几何定位误差影响相对较大的参数误差;根据最佳精度数学模型,利用遗传算法对D-H参数公差优化分配;经过对误差仿真计算分析,机械臂的最大几何定位误差为1.226 7 mm,均值为0.485 9 mm,方差为0.216 5 mm,满足设计要求。为该机械臂的制造装配提供了理论参考依据。与基于最小成本模型的精度综合法相比,提出的精度综合方法不需要统计加工制造成本信息,能够确保机械臂的设计精度满足设计要求,可用于单个或者小批量生产制造机械臂的精度设计。     

关节式同步带减速机械臂精度分析与优化研究

针对关节式同步带减速机械臂精度可靠性差、制造成本高等问题,对机械臂误差建模、精度可靠性分析、精度优化设计进行了研究。利用柔性多体理论,建立了考虑机械臂杆长、关节间隙和同步带柔性耦合等因素的精度误差模型,利用实验手段获得了模型不确定性参数,利用所建立的可靠性模型应用一阶二次矩法进行了可靠性分析;对比了计算可靠度和实测可靠度验证模型准确性,开展了以灵敏度分析为基础的可靠性优化过程,建立了以制造成本最低为优化目标,满足精度可靠度要求为约束的优化模型;利用Matlab中遗传算法工具箱进行了机械臂精度优化设计。研究结果表明:未优化前X轴和Y轴可靠度基于模型计算和实验测试的相对误差为0. 16%和0. 32%,大臂和小臂加速度为主要误差因素;经优化后X、Y轴可靠度分别提高到了99. 71%和99. 78%,且与经验设计相比,制造成本降低27. 92%,为关节式同步带减速机械臂设计制造提供了理论依据。     

融合多传感器数据的抓取机械臂末端定位研究

抓取机械臂末端定位过程中受环境干扰的影响,导致定位精度和稳定性较差,为此提出融合多传感器数据的抓取机械臂末端定位方法。首先建立融合多传感器数据的抓取机械臂末端误差模型,通过目标检测模型确定目标位置。采用遗传算法计算出抓取机械臂末端各关节的旋转变量补偿值,最后将修正值应用到融合多传感器数据的机械臂终端执行器中,完成抓取机械臂末端定位。实验结果表明,所提方法的定位耗时短、置信度高、定位精度高,具有一定的有效性。     

基于变柔性关节的机械臂运动误差研究

根据多关节柔性机械臂XN-600-1的结构特点,以刚性机械臂运动学模型为基础,建立了变柔性关节机械臂的运动误差模型,研究了其对整个操作空间的误差分布,对于设计过程中确定柔性机械臂的末端定位精度具有一定的指导意义.     

车载液压机械臂的柔性补偿策略研究

针对车载机械臂在重载长行程工作条件下由于机械臂柔性引起的末端定位问题,建立了机械臂的柔性误差模型,将该误差模型引入机械臂末端位姿实时控制中,提出了一种提高末端定位精度的柔性误差补偿策略,从而有效地提高了机械臂的末端定位精度。     

机械臂全工作空间域非参数约束位姿误差估算

针对机械臂全工作空间域位姿误差估算,提出了非参数化约束的运动学误差综合解算与动态估算方法。基于误差等效微分变量和多关节运动的连杆坐标系误差等效微分变换,构建了机械臂运动学动态非参数化约束的位姿误差模型。将多因素产生末端位姿误差归结为与关节转角变量有关的周期性动态函数变化,实现了机械臂综合误差的动态函数化描述。根据多连杆坐标系关节运动耦合规律,设计了多关节运动空间坐标系位姿在线解耦变换与补偿算法。全工作空间域验证实验中,误差估算值与测量值之间的位置坐标的最大绝对值偏差小于0.01 mm,姿态角的最大绝对值偏差小于0.03°。实验结果表明,该方法可提高机械臂全工作空间域位姿误差估算的精度与可靠性。     

谐波减速器柔性效应对机械臂末端精度的影响

在工业机械臂的运动过程中,由于谐波减速器的柔性效应会导致其产生传动误差,进而造成机械臂末端的定位精度下降,针对这一问题,以UR10机械臂为例,为了减小其传动误差,提高机械臂末端的定位精度,分别对谐波减速器和机械臂进行了理论建模及仿真研究.首先,联合ADAMS和ANSYS-APDL,对谐波减速器三维模型进行了仿真分析,研...     

一种采用球面编号靶点的串联机械臂测量方法

为了在较大范围内获取高精度的机械臂末端实际位姿数据进行机械臂运动学模型真实参数的辨识,提出一种基于球面编号靶点的串联机械臂测量方法,利用双目视觉实时跟踪与末端法兰刚性连接的标准靶球,设置在球体表面的标志点依靠特殊的排列分布进行区分编号,球心坐标和靶球方向分别由任意捕捉的至少4个点和已知的空间几何位置关系根据克莱姆法则计算求得,在工作空间内任意运动机械臂进行末端靶球位姿测量。建立位姿误差模型,采用最小二乘法辨识出准确的几何参数,实现机械臂的误差校准。试验结果表明,此法具有较高的精度,克服了传统视觉系统定位跟踪的视野狭小,降低了机械臂末端位姿测量的成本,简单可靠,同时有效的提高了机械臂的定位精度。     

一种机器人球腕的静态误差分析方法

许多机器人的共同特点是在操作臂末端安装了球腕。如果球腕的结构参数误差与各关节的运动变量误差比较大，则应用现有的方法求取末端执行器的位姿误差会产生较大的偏差。以机器人末端的球腕为研究对象，提出了一种用相对位姿误差表示球腕的静态误差分析方法。应用这种方法可以得出球腕末端执行器位姿误差的精确解，并对球腕的质量进行评价。     

六自由度机械臂运动学及奇异性仿真分析

针对六自由度串联机械臂的运动问题,对机械臂运动学数学模型、末端位置误差、机械臂奇异形位等方面进行了研究。针对机械臂的运动学模型问题,基于D-H法建立了机械臂的正逆运动学模型,并利用Matlab建立了运动学模型的仿真验证程序;利用该模型,通过给定关节转角误差,对机械臂末端位置误差的敏感方向进行了仿真分析;通过推导其末端雅可比矩阵,分析了机械臂在工作空间内的奇异形位。研究结果表明:机械臂运动学模型结果与实际结果误差很小,验证了运动学模型是正确的,并且机械臂存在两个极限位置奇异。     

环形移动装置的精度分析与优化研究

针对环形焊缝自动焊接装置中移动装置存在的低精度、高成本等问题,将精度可靠性的评价方法应用到移动装置的精度分析与优化中。基于多体系统理论建立了移动装置的误差模型,采用蒙特卡洛法对移动装置的运动误差进行了精度分析。以精度分析中误差敏感度的分析结果为基础,建立了以移动装置制造成本最低为优化目标、以满足精度可靠性设计要求为性能约束的移动装置精度分配优化模型,利用多岛遗传算法与蒙特卡洛法相结合对移动装置的误差源进行了精度分配优化设计。研究结果表明,移动装置经过优化后,精度可靠性达到设计要求,且与经验设计相比,制造成本降低19.1%,为环形移动装置的加工制造提供了依据。     

3自由度气动串联机械手的关节控制

3自由度气动机械手属关节串联式机器人,机械手在运动过程中,转动惯量、重力矩及关节间的耦合力矩等参数都会发生较大变化,影响了机械手末端的运动精度。针对这些问题,利用拉格朗日方程对机械手3关节进行动力学分析,得到多关节联动时单关节力矩方程。以腰部关节为例,通过对关节动力机构的数学模型线性化处理,采用状态反馈极点配置方法进行控制器设计,试验表明具有一定鲁棒性,但存在一定静态误差。分析产生误差的原因主要是干扰力矩的影响,根据单关节规划路径通过动力学模型得到补偿力矩,利用输入前馈对关节实施动态补偿。试验验证了方法的有效性,从结果可以看出,该组合控制策略抑制了扰动,提高了轨迹跟踪精度。     

基于模糊遗传算法的新型6自由度并联机器人精度综合

精度设计是机器人误差标定技术的重要手段，精度综合是精度分析的逆问题，涉及在工作空间中给定末端操作器的最大位姿误差后，合理地制定出零部件的制造公差及各关节的装配误差的问题。在精度分析的基础上，基于误差独立作用原理和原始误差等效作用原则，考虑运动副配合间隙误差和杆长误差，利用模糊遗传算法，以制造成本最小为优化目标，对6-DOF并联平台机构进行精度综合。该方法的求解结果能满足精度要求，具有实用价值。     

高速并联机械手的静动态特性预估与优化设计

借助ANSYS参数化设计语言（APDL），构造了一种2平动自由度的高速并联机械手的有限元模型，侧重研究了几种不同铰链的精确建模方法，以及机构处于不同位形时的有限元模型快速重构技术，分析了机械手的静、动态特性，在此基础上进行了结构优化设计，提高了机械手的静、动态特性，并成功应用于产品化样机。     

Trajectory Tracking of a Planer Parallel Manipulator by Using Computed Force Control Method

Despite small workspace, parallel manipulators have some advantages over their serial counterparts in terms of higher speed, acceleration, rigidity, accuracy,manufacturing cost and payload. Accordingly, this type of manipulators can be used in many applications such as in high-speed machine tools, tuning machine for feeding,sensitive cutting, assembly and packaging. This paper presents a special type of planar parallel manipulator with three degrees of freedom. It is constructed as a variable geometry truss generally known planar Stewart platform.The reachable and orientation workspaces are obtained for this manipulator. The inverse kinematic analysis is solved for the trajectory tracking according to the redundancy and joint limit avoidance. Then, the dynamics model of the manipulator is established by using Virtual Work method.The simulations are performed to follow the given planar trajectories by using the dynamic equations of the variable geometry truss manipulator and computed force control method. In computed force control method, the feedback gain matrices for PD control are tuned with fixed matrices by trail end error and variable ones by means of optimization with genetic algorithm.     

新型6-PSS并联机器人的位姿误差分析

在获得6-PSS并联机构位置反解的基础上，考虑杆长、铰链位置、铰链间隙等各类主要误差源对终端误差的影响，推导出此新型机构的位姿误差模型，且应用蒙特卡洛技术分析了位姿误差的分布规律，为这种机器人的理论设计与精度补偿提供了理论基础。     

一种铆接机械手的运动精度可靠性分析

介绍了一种六自由度工业机器人的运动精度可靠性分析方法。通过分析一种铆接机械手的结构,基于D-H坐标法,建立运动数学模型,并考虑加工和装配过程中尺寸误差和间隙误差的随机性,将结构参数和运动变量误差视为随机变量,建立运动误差模型,结合机构运动学和可靠性理论,构建机械手运动精度可靠性模型。通过算例,验证了该方法的可行性,为该类型工业机器人的可靠性设计和结构优化提供了一定的理论参考。