激光跟踪测量系统的建模与仿真

在全面分析了激光跟踪测量系统结构和工作原理的基础上, 建立了系统运动学模型和转镜中心偏移 数学模型。针对以往球坐标激光跟踪测量系统中参考点只能借助于外部具有更高精度的仪器来校正的缺点, 提出 了平面约束自校正方法, 并给出了系统自校正算法。最后对激光跟踪测量系统运动学模型和自校正算法进行了仿 真验证, 结果表明该方法能有效地确定系统实际工作全过程和提高系统跟踪精度与响应速度。     

柔性协调机器人系统的动力学建模与仿真

从柔性机器人协调操作的本质特性出发,巧妙采用机器人与负载的有限元模型,建立了柔性协调机器 人系统的运动学协调约束条件,寻出了系统动力学方程,并成功的给出了两3R柔性机器人协调操作──柔性梁负 载的一组仿真算例．     

自动磨抛系统中工业机器人示教操作过程分析

根据ABB IRB4400机器人结构和D-H运动学模型,分析了ABB六轴工业机器人示教的过程,讨论了机器人示教运动的理论基础,论述了自动磨抛系统的工业机器人运行轨迹与速度、工件坐标与工具坐标等系统参数的设定方法。     

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.     

下肢运动学信息采集与步态识别系统研发

针对一种下肢柔性助力机器人，开发了一种基于航姿参考模块(attitude and heading reference system, AHRS)设计的人体下肢运动学信息采集系统.该系统的AHRS具有体积小、功耗低的特点，便于通过绑带与人体保持紧致连接，并且能够长时间穿戴，AHRS的设计融合了卡尔曼滤波算法(Kalman filter, KF)以提高数据的精度，多通道的数据通过ZigBee技术组建的无线传感器网络进行通信，并传输至上位机.然后，建立人体下肢运动学模型，推出AHRS测量角度和人体下肢姿态角度转换关系.同时，考虑在人体不同的步态活动下机器人助力的情况不同，设计了决策树分类器以对不同的步态活动进行识别分类，进一步地协助下肢柔性助力机器人对人体进行有效助力.在多种步态活动下，通过将该系统所采集的数据与Vicon系统采集的数据进行对比可知，该系统所采数据具有较高的精度，也验证了系统具有良好的稳定性及可靠性，另外利用大量的步态数据训练决策树分类器，并通过对未知步态活动进行的分类实验验证了步态识别的准确性.     

基于视觉的机器人轨迹误差测量技术

提出了一种基于视觉的机器人轨迹精度测量系统,该系统以计算机视觉为基础,结合激光测量等技术,可实时测量机器人的运动轨迹误差,完成了高精度图像快速采集与处理、系统标定、三维计算及计算结果可视化等关键技术研究及系统研制工作,并在机器人上进行了实验,大量的实验表明,该系统的测量精度和速度均可满足机器人的轨迹测量的需要。     

火炮零部件变形量测量系统的设计与实现

针对火炮零部件变形量的测量问题,结合柔性三坐标机的测量原理,设计了基于柔性三坐标机的火炮零部件变形量测量系统。文中论述了系统的组成、总体结构、工作原理和变形量的测量方法,给出了坐标测量和蛙跳式坐标转换公式,对系统测量误差进行了分析,通过实验对测量系统的精度进行了验证,结果表明测量系统精度满足火炮零部件变形量的测量要求,测量方法切实可行。     

基于NAO机器人的目标识别与运动控制

为了让NAO机器人能准确行走至目标位置,针对NAO机器人在目标识别中存在的坐标精度问题,搭建了基于NAO机器人的目标识别行走系统。在NAO机器人目标定位与行走实验中,采用单目视觉定位算法来确定目标位置,并在改变NAO机器人与目标的相对位置后进行了多次测量;通过坐标的误差补偿,使目标位置的坐标误差缩小至2cm左右,满足了精度要求。     

基于浮动坐标法的任意运动平面柔性梁动力学模型

利用拉格朗日方程,采用浮动坐标法推导了任意运动平面柔性梁动力学模型.研究了任意运动柔性梁的运动学描述形式,利用有限元方法建立单元运动微分方程,并解释了质量矩阵和刚度矩阵中所有项的含义.计算实例结果显示,利用浮动坐标法推导建立的任意运动柔性梁动力学模型是有效的.     

双臂三自由度柔性连续体机器人的运动分析及实验研究

柔性连续体机器人在手术医疗、救险勘探和农业作业等领域得到了广泛应用,为了对其进行更广泛的应用和得到此类柔性体结构运动学理论,进而进行精确的姿态控制,提出了一种双臂三自由度柔性连续体机器人,并结合常曲率变形原理,建立了柔性连续体机器人弯曲变形运动的姿态参数运动学和驱动参数运动学的理论模型,分析了双臂协调运动工作可达空间.以运动理论模型为基础,运用MATLAB对三自由度柔性连续体机器人进行了变形运动仿真,并搭建了原理样机,对双臂柔性连续体机器人运动学理论模型的末端点轨迹和姿态进行了实验,验证了理论运动模型的准确性,并分析归纳了双臂三自由度柔性连续体机器人样机实验与理论误差的影响因素,其末端轨迹和整体姿态的理论与实验误差均不超过5.9%.     

解决约束平面偏移问题的机械臂闭环标定

基于平面约束的工业机械臂闭环标定,拟合平面与实际约束平面之间存在一定偏差,直接影响标定精度.针对此问题提出消除偏差的方法及误差模型.建立平面坐标系,得到约束平面的准确方程,通过接触式测量头对约束平面进行测量,在平面坐标系中描述测量点的位置;建立最小完整连续运动学模型,从而减少冗余参数的影响;利用双目视觉定位约束平面并规划理论测量点位置,实现自动化测量;通过改进的最小二乘法对参数误差进行辨识.实验结果表明,修正运动学参数后,机械臂绝对位置精度由1.234 mm提高到0.405 mm.该方法成本低、精度高、效率高,且简化了误差模型,适用于工业机械臂的现场标定,为机械臂生产厂家实现批量化标定及后期设备维护提供了思路.     

机器人运动学参数递推标定方法

为了获得准确的机器人运动学参数,提出了一种机器人运动学参数递推标定方法. 基于机器人运动学模型,建立了相邻连杆局部坐标系误差模型,进而提出了从末端连杆坐标系至基坐标系进行运动学参数递推标定的方法. 以八自由度机器人为研究对象,在利用激光跟踪仪建立连杆坐标系的基础上,通过实验验证了运动学参数递推标定方法的有效性和实用性.     

基于双目视觉的激光位移传感器标定方法

为了提高激光位移传感器在工业机器人末端坐标系下的标定精度,提出基于双目视觉的激光位移传感器标定方法. 该方法通过双目视觉技术重建激光光束投影在平面上的光斑位置,利用手眼标定参数将光斑位置转换至机器人末端坐标系,同时利用最小二乘方法将光斑拟合成光束直线,获得机器人末端坐标系下的传感器光束方向及零点位置以完成标定. 该方法可同时标定机器人末端上的多个激光位移传感器,无须采用有精度要求的辅助工件标定,具备精度高,鲁棒性强优势. 基于标准球的精度评价实验结果显示,在3倍标准差范围内该方法标定后的激光位移传感器测量精度范围为0.038 6±0.025 8 mm,满足机器人加工要求.     

一种基于数字图像的空间测距算法及仪器研发

根据相机小孔成像原理,建立基于数字图像的空间测距数学模型,利用双目相机采集被测物在空间坐标系的平面图像信息(像素坐标),标定相机内外部参数,确定像素坐标系、图像坐标系、相机坐标系和世界坐标系之间的关系,通过平面图像上的像素坐标计算被测物两点之间的空间距离。按照便携式、低功耗、兼容性的原则,研制基于数字图像的空间测距仪器,设计仪器的图像采集、数据传输、数据交换、数据处理模块。实验证明基于数字图像的空间测距仪器的测量误差小于1%,在机器人视觉、非接触工程测量、智能制造等领域具有广泛的使用价值。     

基于iGPS和机器人的大尺寸接触式测量系统

针对传统大尺寸复杂曲面特征点坐标测量过程中存在的被测工件与测量系统进行坐标系统一时会存在较大偏差、被测工件在测量过程中易产生移动和深孔中心位置点无法准确测量等问题,设计了一种用于大尺寸复杂曲面特征点的坐标测量系统。首先,对手持框架和探针的结构进行了设计,使用iGPS定位系统和工业机器人搭建了测量系统。然后,采用微平面法对探针测头进行了补偿。测量系统可同时实现对大尺寸曲面上特征点三维坐标的自动化测量和动态测量。实验结果表明:采用微平面法的测头补偿误差不超过±0.2mm,深孔中心位置点的测量精度在±0.2mm左右,测量系统不确定度为0.279mm。测量系统可实现大型复杂曲面坐标的动态跟踪测量,且适用于带有深孔特征的曲面测量。     

一种基于基本坐标变换的运动学方程建立方法

针对机器人运动学求解的常用方法－D－H法在求解过程中难以正确建立坐标系,坐标系中各个参数的确定容易出错等问题,提出了采用坐标变换的基本公式进行机器人运动学求解的新思想,对新研制的机器人运动轨迹精度测试仪建立了运动学方程,并进行了求解验证,为机器人运动学的研究提供了一种新方法。     

A Kinematic Model and Identification of Geometric Parameters of Robots

0INTRODUCTIONConsiderableattentionhasbeenpaidintherecentyearstotheproblemofrobotaccuracy,whichdependsontheprecisionofmotioncontrolandtherepresentationaceuracyofmanipulator'sgeometricparameters.Inordertoupgradetheaccuracyofrobotwemayidentifyrobotgeometricparametersbyacalibrationprocessandusetheseparametersinthecontrolsystem.TherearealotofpapersdedicatedthecalibrationofrobotsandidentificationOftheirparamet.rs["'].IthasbeenshownthatsmallvariationsinkinematicparametersofthemodelscanpIDducesu…     

基于光电扫描的工作空间测量定位系统误差分析

为研究工作空间测量定位系统的误差传递特性,建立了单发射站方位角/俯仰角测量模型及双发射站单元坐标测量模型。提出了以扫描角测量误差为基础的精度评价方法,通过分析扫描角与方位角/俯仰角之间的测量误差传递关系优化了激光发射站的几何结构。推导了双发射站单元坐标测量误差传递函数,并通过对坐标测量误差空间分布规律的分析求出了双发射站单元的最佳测量位置。使用两台发射站测量了某大型夹具顶端平台的位移,并通过与激光跟踪仪进行数据对比验证了所得结构。实验结果表明,当扫描角测量误差控制在5″以内时,双发射站系统可在5m×5m×3m的空间内实现优于0.25mm的精度。     

基于自抗干扰的装配机器人阻抗控制技术

为了提升机器人装配作业的精确性和柔顺性,提出改进型自抗扰阻抗控制策略.该策略通过自抗扰控制器生成新期望力来调整机器人末端工具坐标系的位置,实现精确的力跟踪.通过扰动观测器观测环境信息并补偿控制系统的期望力,提高控制系统对环境参数的适应性.引入阻抗模型改进扰动观测器,使观测器的响应速度增大,力跟踪的精度提高.基于六自由度机器人的精密轴孔装配实验结果表明,与传统阻抗控制相比,基于自抗扰控制（ADRC）的阻抗控制能够在较小的接触力误差下完成装配,且基于改进型自抗扰控制的阻抗控制的力平均误差比改进前自抗扰控制减小12.0%～28.2%.     

六自由度装配机器人的动态柔顺性控制

为了提升工业机器人装配的精确性与柔顺性,提出适合工业六自由度装配机器人的动态柔顺性控制策略,使之不仅能够实现快速高精度的参考轨迹跟踪,而且能够动态地切换到工件装配时的接触力控制,并能够保持良好的柔顺性接触力.构建机器人关节空间的标准动力学模型,并变换到末端执行器操作空间,获得操作空间的动态特性.给出该控制策略,主要包含参考轨迹给定模块、内环的轨迹跟踪控制器以及动力学参数辨识模块等.采用滑模算法设计轨迹跟踪控制器;采用阻抗滤波器,生成装配作业时末端执行器的期望运动轨迹;采用sigmoid函数设计轨迹跟踪与接触力控制的判别模块;采用最小二乘算法,设计动力学参数辨识模块.采用Lyapunov函数证明了该控制策略的大范围渐进稳定性和收敛性.基于装配实验台上进行现场装配和动态轨迹跟踪的对比性仿真实验研究.仿真实验结果表明：与典型的比例微分（PD）控制相比,动态柔顺性控制能够在较宽广的范围内实现更精确的空间轨迹跟踪和接触力柔性控制,平均相对误差可以有效地控制在-4%到+4%之内.