激光加工机器人自标定研究

介绍一种机器人自标定方法,通过固定于机器人末端执行器上的探针与工作空间中的约束平面接触,建立运动学约束方程,利用机器人内部传感器读数来辨识机器人运动学参数,约束平面的位置无需准确知道。该方法无需任何外部测量设备,适于定期现场再标定。对某激光加工机器人的仿真结果表明,该方法可以达到其它标定法如几何参数标定法所能达到的标定精度。     

一种应用平面约束的直角坐标机器人标定方法

针对某逆流萃取串级实验装置的精准操作作业需求,对其中的直角坐标机器人的运动学标定方法展开了研究。采用DH参数法建立了运动学模型,并推导了位置误差模型;根据直角坐标机器人的构型特点,结合球面约束,提出了应用已知姿态平面约束的标定方法,并基于位置误差模型建立了该方法的求解模型;给出了基坐标系和平面姿态的确定方法;采用基于奇异值分解的广义最小二乘法迭代求解;最后借助Matlab对该方法进行了仿真验证。仿真结果表明了所提出的标定方法有效地提高了机器人的操作精度。     

一种基于平面精度的机器人标定方法及仿真

研究了一种测量简便、成本较低的基于平面精度的机器人标定方法,该方法限定了机器人末端手爪在其工作空间的平面内运动。在机器人的平面运动过程中,由关节驱动器记录平面上各采样点处的关节值并将这些值作为标定数据,避免了使用其他测量工具的复杂测量过程。建立了相应的评价方程以描述机器人所得位姿数据对该平面的逼近程度;给出了对应具体误差参数的辨识雅可比矩阵的求解方法,得出基于该雅可比矩阵的参数误差,并将该误差反向代回机器人运动学求解过程;最后使用MATLAB下的机器人工具箱建立了两连杆机器人模型,对该方法进行了仿真验证,仿真结果表明该方法将机器人绝对定位精度提高了50倍。     

平面5R并联机器人约束误差影响分析

少自由度并联机器人中的过约束构型,具有结构简单、刚度大的优点,但其依赖运动副轴线间的特殊几何约束关系,如平行、垂直、汇交于一点等,来实现预期的动平台自由度。此类机构有对几何约束条件敏感的缺点,约束误差的存在将对机构产生一系列不良影响。基于此,以平面5R并联机器人为对象,在分析其过约束特性基础上,研究运动副轴线几何约束误差导致的回路封闭变形协调条件。应用矩阵力法计算强制装配引起的机构附加内力以及连杆的变形,从而分析动平台的寄生运动以及机构的应变能波动。对一种具体的5R并联机器人进行仿真分析,计算结果揭示了过约束机构对运动副轴线几何约束误差的敏感性以及约束误差与过约束共同作用下对并联机器人性能的影响机理。     

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。     

基于位姿约束的工业机器人快速标定系统研究

工业机器人在使用过程中,实际参数与理论参数之间的偏差在一定程度上影响其本体的绝对定位精度.若能精确地标定出机器人本体的零位参数,在很大程度上就能提高机器人的定位精度.虽然依靠常规的激光跟踪仪和轴销方法对工业机器人进行零位标定具有一定的成熟度,但是两种标定方法具有时间较长和步骤繁琐等缺点难以普及.鉴于此,针对传统机器人模型进行研究,提出了一种基于位姿约束的工业机器人快速标定算法.依靠其相应的零位模型能够较为精确的标定机器人的零位参数,分别对轴销和快速零位标定设备标定出的零位结果进行分析与比较.实验结果表明,采用快速零位标定设备进行标定在精度上与采用轴销接近,在标定时间和设备成本远低于激光跟踪仪.该方法在普及使用和市场推广上较有重大的意义.     

非接触式测量机器人的自标定研究

介绍了一种新型的测量机器人.该系统以串联机械手作为主体,激光位移传感器为测量探针,对球壳类、回转类部件的几何尺寸、表面缺陷进行非接触、高精度测量.针对该测量系统的特点,提出了一种新的自标定方法来识别机器人的运动学参数,并设计了专用的实物基准.该方法将机器人相对于基坐标系的关节位移分成两部分:相对于参考位形的关节位移和参考位形相对于基坐标系的关节位移,将后者和其它常值参数引入到误差模型.使用该方法不需要测量机器人相对于基坐标系的关节变量的值,不需要外部的测量系统,简便易行.仿真和实验均证明该方法是可行的.     

机器人逆标定方法研究

在分析传统机器人位姿标定方法的基础上,提出了一种新的机器人标定方法:基于神经网络的逆标定方法。这种标定方法把机器人关节角和相应的误差分别作为前馈神经网络的输入和输出来训练网络,从而实时获得机器人任意关节角的误差值,通过修改关节值来提高机器人的位姿精度。仿真和试验结果均证明了这种方法的有效性。。     

机器人柔性扫描测量系统标定方法

为了实现复杂工件的在线快速测量,开发了一种基于工业机器人与结构光扫描仪的柔性测量系统,结构光传感器安装在机械臂末端。针对该系统整体测量精度不足问题,提出了一种基于距离约束的手眼关系参数和机器人运动学参数联合标定方法。首先,通过机器人单轴旋转与基于罗德里格矩阵的算法实现手眼关系初始标定;然后,建立了基于距离约束的误差模型,通过Levenberg-Marquardt算法辨识系统参数,保证了参数辨识的准确性和鲁棒性,最终实现了对手眼参数误差和机器人运动学参数误差的修正。基于KUKA机器人和结构光扫描仪进行了标定和测量试验。试验结果表明,在机器人的工作空间内,距离误差的最大值由0.889 3mm降低到0.424 9mm,平均值由0.778 4mm降低到0.385 2mm,验证了该标定方法的有效性。     

一种新的并联机器人精度标定算法

提出了一种新的并联机器人精度标定算法,较之于传统的借助与激光跟踪仪的测量标定方法,该标定算法只需测量获得z轴方向的单项位置误差,即可进行参数误差识别,忽略了用激光跟踪仪测量时,安装靶球带来的制造、装配误差,能有效地提高并联机器人的标定精度。对该算法进行了推导以及Matlab仿真实验。     

平面柔性3-RRR并联机构自标定方法

平面柔性并联机构具有柔性机构和少自由度并联机构两者的优点,是当前研究的热点之一.提出并验证一种简单、有效的平面柔性3-RRR并联机构自标定方法.从误差建模出发,利用矢量链法推导出标定参数辨识方程.借助静平台上的标准定位圆孔,通过仪器对拉线式编码器(线尺)进行标定,进而利用线尺在线地测量、记录机构运行中的实际位姿,结合数控系统中的理论轨迹,辨识出系统模型误差.根据辨识结果对控制模型进行补偿,使平面柔性3-RRR运动平台轨迹误差得到了明显的减小,有效提高了机构的精度,完成了利用线尺进行机构自标定方法的研究.由于测量工具和建模方法通用性强,且具有在线实际位姿测量能力,该试验研究为平面柔性少自由度并联机构的自标定提供了一种切实可行的解决途径,同时为全闭环控制提供了可行的测量方法.     

高速平面并联机器人动态分析与实验

基于弹性动力学和实验对高速轻型平面并联机器人的动态响应进行研究。首先,根据机构的几何和惯性非线性建立机构运动微分方程组,对机构的两个典型位形的动态响应进行分析;其次,建立了由3-RRR轻型并联机构和控制系统组成的实验装置,对理论分析进行了验证。结果表明,在位形2,理论分析和实验一致,即机构的残余振动很快衰减;在位形1,理论分析与实验两者不同,实验测量的动态响应为自激振动,而数值仿真得到衰减的残余振动。同时,结果也表明机构在不同位形有不同的动态响应。     

基于多约束的机器人关节空间轨迹规划

当机器人进行快速运动且运动时间确定时,由于受到驱动机构性能等因素的制约,机器人进行运动轨迹规划时需要考虑角加速度约束、角速度约束和角度约束等多个约束条件。通过对运动约束进行分析,提出基于梯形速度曲线的多约束条件下机器人关节空间轨迹规划方法。根据无约束条件下规划出的最小加速度运动轨迹,在角加速度满足约束的情况下对其进行优化,获得满足角速度约束和角度约束的最小角加速度运动轨迹。对加速度达到最大时的轨迹也无法满足约束条件的情况进行讨论。该轨迹规划方法兼顾机器人的运动平稳性与约束要求,并且能够充分发挥机器人关节的驱动性能。仿真结果表明了该方法的可行性。     

基于遗传算法的平面欠驱动机器人模糊控制

以平面欠驱动机器人为研究对象,对其运动控制问题进行了研究,提出了一种基于遗传算法的模糊控制新方法.控制目标为实现欠驱动机器人的任意位置控制.控制器直接以关节角度误差变量作为模糊控制器的输入,引入遗传算法对模糊控制规则和隶属度函数同时进行优化,进而得到最优模糊控制系统,最后进行数值仿真,仿真结果表明所设计的控制器能快速精确的实现2自由度及3自由度欠驱动机器人的任意位置控制,且具有很好的稳定性.     

非完整约束移动机器人CRAB-RRT轨迹规划

针对快速扩展树算法在多障碍环境搜索效率低、冗余节点多的问题,提出一种CRAB-RRT算法。该算法采用圆域概率偏向采样策略进行随机采样;将扩展树上节点分为2类,通过度量邻近点间对角线距离、历史路径成本和扩展角度的加权和,在有效邻近点集中选出高质量最近点;在新节点扩展中添加了目标引力分量,并根据环境障碍信息实现扩展步长自适应变化;经过对非完整约束移动机器人运动学模型的分析,提出了极限角约束,通过考虑受极限角约束的路径裁剪策略剔除冗余节点,利用三次B样条平滑方法平滑轨迹。通过数值仿真分析和实车实验,验证了CRAB-RRT算法的可行性、实用性与优越性,平滑后的路径更利于机器人跟踪,且适用于多障碍环境。     

一种平面冗余机器人总性能最优的实时控制方法

提出了驱动集中布置概念冗余度机器人的结构设计方法,根据机器人逆运动学提出了基于加权M-P伪逆的预设空间降维法,并对加权矩阵进行了数值分析,通过改变加权矩阵对角线上元素的值进而改变瞬时速度,来改变各个关节角度的摆动幅度。对平面4R冗余机器人进行了动力学分析,将总能量、总力矩和总时间作为优化目标,利用粒子群优化方法对这三个指标同时进行优化,得到冗余度机器人总性能最优时的运动结束时间。进行了样机试制,实验结果证明所提方法可行。     

Velocity Constraints Based Approach for Online Trajectory Planning of High-Speed Parallel Robots

High-speed parallel robots have been extensively utilized in the light industry. However, the influence of the nonlinear dynamic characteristics of high-speed parallel robots on system’s dynamic response and stable operation cannot be ignored during the high-speed reciprocating motion. Thus, trajectory planning is essential for efficiency and stability from pick-and-place(PAP) actions. This paper presents a method for planning the equal-height pick-and-place trajectory considering velocity const...     

一种基于几何约束满足的平面连杆机构分析的新方法

通过几何约束满足描述平面连杆机构,运用几何归约方法分析了平面连杆机构的组成,提出了适用于计算机表达的归约树表达形式,在此基础上研究了消极子运动链,解决了平面运动链的驱动副选择问题,研究开发了将归约算法应用于机构运动仿真和二维构件参数化装配系统。     

硅压阻传感器实时自校准、自补偿技术的研究

介绍了硅压阻式传感器实时自校准/自补偿技术,即利用恒流源模拟外加负载感知传感器参数的变化作为校准的依据,采用学习的方法获得各温度点的补偿数据、增益数据和校准数据,在此基础上给出了软硬件设计思路。