工业机器人误差补偿运动学算法设计

鉴于目前国产工业机器人绝对定位精度较低,为了满足高精度应用,设计了一种误差补偿的运动学算法.以MDH模型为基础,建立几何参数误差与机器人末端位姿误差之间的误差模型.设计了通过雅克比矩阵将笛卡尔空间的位姿误差转换到关节空间的关节各轴的角度偏差,并与名义逆运动学获得逆解相结合的误差补偿运动学算法,可以获得满足误差阈值的作业精度.以自主研发ER3A机器人为误差补偿算法试验对象,经误差补偿后ER3A机器人的绝对定位精度获得明显提高,测量点的位置误差均值从0.5754mm降低到0.2779mm.     

Delta型并联机器人的位姿误差模型建立与求解

为分析Delta型并联机器人的运动学参数误差对绝对定位精度的影响,建立和求解了位姿误差模型。将并联的传动支链拆分为串联机构,利用D-H变换矩阵求解出运动学模型,将从动臂的微转角引入D-H变换矩阵中,再根据动平台中心位姿误差的唯一性,求解得到用线性方程组表示的位姿误差模型。将某实际Delta型并联机器人的减速器安装端面的角度误差进行模型分析,验证了模型的可靠性。该模型可为Delta型并联机器人的后续精度分析和误差补偿提供分析工具。     

基于机构精度通用算法的机器人位姿误差分析

在Denavit-Hartenberg参数法建立的机器人末端位姿变换方程的基础上,利用机构通用精度算法建立了机器人末端位姿误差模型。通过矩阵运算,建立了机器人末端位姿误差与各杆件运动学参数误差之间的函数关系式。在SCARA机器人上的实验表明,用此方法建立的误差模型进行误差标定和补偿,可以提高机器人的定位精度。     

工业机器人运动学逆向建模

针对工业机器人在缺乏运动学参数的情况下,进行机器人运动学逆向建模的研究,给出了机器人机座坐标系位置及杆件参数的识别方法,建立了机器人的运动学方程。并分析了计算的末端位姿与示教器显示末端位姿存在的偏差,指出从机器人示教器上读出的关节转角数据存在舍入误差,采用遗传算法分别以位置误差和位姿误差为目标函数进行了辨识。辨识结果表明,以位姿误差为目标函数来辨识关节转角误差的辨识结果是准确的。试验结果表明,提出的机器人运动学逆向建模方法是有效的。     

机器人加工几何误差建模研究:Ⅱ参数辨识与位姿优化

根据所构建的空间运动链,机器人加工几何误差一方面与手眼/工件/工具位姿参数辨识误差有关,另一方面与机器人关节运动学误差与弱刚度变形有关.针对这一问题,研究基于运动学误差补偿的手眼位姿参数辨识、考虑测量缺陷影响的工件位姿参数辨识、基于实际加工曲面误差估计的工具位姿参数辨识等新方法,解决位姿参数辨识精度受限于机器人运动精度、现场测点不封闭/密度不均/高斯噪音、加工抖动/受力变形/回转轴误差等多种因素影响的问题;综合考虑关节运动学误差、弱刚度变形、误差补偿,以整体误差控制为目标,建立加工误差补偿与机器人位姿优化通用模型,可推广应用于法向深度(磨削/铣削)、切向滑移(制孔)、角度倾斜(切边)等多种机器人加工误差控制;完成手眼/工件/工具位姿参数辨识试验、整体误差补偿与机器人加工试验,验证所提方法的有效性.     

下肢康复机器人逆运动学数值解法

针对机器人逆运动学数值解法中可能出现的雅可比矩阵奇异性问题,提出改进的求解方法,采用关节微变量近似值避免雅可比矩阵的求逆计算,其值由雅可比矩阵和误差矢量决定。以6自由度下肢康复机器人为例,建立8种不同基础坐标系和末端坐标系组合的运动学模型,运用MATLAB软件对算法进行编程,对末端任一位姿进行逆运动学求解,将每次迭代的位姿误差绘制成曲线,对误差曲线进行对比分析,确定运动学模型对数值解法的影响,在此基础上对算法进行改进,可以证明运用改进后的算法可以求得较高位姿误差精度的运动学逆解。     

IRS-300六轴机器人运动学建模与参数仿真分析

为了研究机器人正逆运动学的差异性和各关节在运动过程中的变化情况,对IRS-300六自由度关节式机器人运用经典D-H法进行运动学分析,得出正逆运动学解析式,借助MATLAB软件进行仿真计算,通过计算结果证明该差异的存在.结合机器人三维仿真模型,按照末端执行器位姿要求对机器人进行仿真,得出该机器人的路径信息和各个关节的角度、角速度和角加速度的变化曲线.结果表明:该机器人结构参数可以高效地表达期望位姿,对机器人轨迹规划具有实际指导意义.     

工业机器人误差补偿及冗余参数研究

针对现有工业机器人定位精度较低,提出了通过机器人运动学标定对误差进行补偿的方法。基于D-H运动学模型和微分变换法建立机器人位姿误差模型,然后对误差模型进行冗余参数分析,消除冗余参数得到可辨识的线性方程,最后用迭代最小二乘法进行求解,修正几何参数进而提高机器人定位精度。通过在自主研发的机器人上试验验证,该方法补偿效果明显,增加了参数辨识的准确性和鲁棒性,为机器人标定技术的发展奠定了一定的基础。     

协作机器人的运动学误差模型及标定算法

针对六自由度协作机器人在实际应用中,由于加工、装配、传动和磨损等多方面因素,导致绝对定位精度低的问题,提出一种基于机器人工具末端的运动学误差模型建立方法.在无外部传感设备的条件下根据所设计的标定板,基于最小二乘法和采集的多组机器人实际位姿误差辨识误差模型,对机器人运动学参数与其理论值间的偏差进行补偿.修改底层控制器中参数,修正由于机器人内部机构偏差引起的绝对定位精度误差,提高机器人运行位置精度.     

基于BAS-PSO算法的机器人定位精度提升

鉴于工业机器人的精度性能无法满足高端制造领域的要求,研究了机器人定位精度提升方法,阐述了基于位姿微分变换的运动学误差模型和基于坐标误差传递的运动学误差模型的构建方法,提出了一种基于BAS-PSO算法的运动学参数辨识方法,并通过实验对比分析了不同运动学误差模型的精度.实验结果表明,基于BAS-PSO算法辨识后TX60机器...     

基于标定和关节空间插值的工业机器人轨迹误差补偿

轨迹精度是工业机器人重要的动态性能,目前工业机器人的轨迹精度远低于定位精度,提出一种基于机器人运动学标定和关节空间插值误差补偿的方法来提高机器人轨迹精度。基于MD-H方法建立机器人的运动学模型,在此基础上运用机器人微分运动学理论建立末端位置误差模型和轨迹误差模型。为克服最小二乘法等传统方法在数据噪声较大且不符合高斯分布时收敛慢甚至发散的问题,提出一种基于扩展卡尔曼滤波算法的机器人运动学参数辨识方法,实现运动学参数辨识的快速收敛。经过分析发现机器人误差在关节空间具有连续性的特点,为此提出一种关节空间插值误差补偿方法,建立网格形式的误差补偿数据库,并利用关节空间距离权重函数和已知的网格顶点误差计算各控制点的关节转角误差。通过试验对所提出的参数辨识和关节空间误差补偿方法进行了验证,试验结果表明：经过运动学参数辨识和补偿后机器人的绝对定位精度由1.039 mm提高到0.226 mm,轨迹精度由2.532 mm提高到1.873 mm,应用关节空间插值误差补偿后机器人的轨迹精度进一步提高到1.464 mm。     

利用激光跟踪仪对机器人进行标定的方法

提出一种简单的利用激光跟踪仪和线性方程最小二乘解对机器人进行标定的方法。通过将机器人运动学方程线性化,建立机器人末端凸缘盘位置误差与连杆D-H参数误差的关系方程。利用激光跟踪仪确定机器人的基坐标系,并通过圆周法求解每个关节电动机的直线方程,进而可以求得机器人的连杆扭角。通过激光跟踪仪测量机器人目标点的坐标值,并通过串口获得机器人6根轴的角度值建立标定方程。通过求解此方程,获得机器人的实际D-H参数,并将此参数应用于修正系统的运动学模型,能够提高机器人的绝对精度。最后对解算过程中的误差和原因进行说明,并对机器人的误差原因进行分析,指出标定过程中需要注意和改进的几个问题。     

工业机器人定位误差补偿方法与实验研究

针对工业机器人绝对定位精度低无法满足实际应用要求,并综合考虑国外机器人控制系统不开放,而无法在控制器里修改运动学参数的问题,提出一种定位误差补偿方法,基于修正的DH模型,利用激光跟踪仪和奇异值分解法识别出运动学参数.通过改变运动学参数重新进行正解运算,所得的新位置赋予机器人,使其运动到目标点,从而提高定位精度.将这种方法应用在STAUBLI TX90XL型工业机器人上进行实际的测量和补偿.实验结果显示,经过补偿可使机器人平均绝对定位精度由1.685 mm提高到0.215 mm,从而表明该方法的有效性.     

绳驱动连续体机器人标定方法

为提高绳驱动连续体机器人的定位精度,提出了一种针对此类机器人的误差标定与补偿方法.该方法利用指数积(POE)公式建立连续体机器人关节模块的运动学模型,并利用运动学模型推导出误差传递模型.针对误差模型采用最小二乘方法进行误差的辨识,将辨识后的误差补偿至机器人的运动学模型,从而提高机器人关节模块的模型精度.制作了基于柔性支...     

基于位姿反馈的三臂空间机器人抓捕轨迹规划

以三臂空间机器人为研究对象,针对经历奇异位形时出现的位姿误差问题,提出一种基于位姿误差反馈的轨迹规划算法。根据系统一般运动学方程并结合动量守恒方程建立系统运动学模型,利用位姿期望指令得到误差运动方程。以关节角速度为控制量,设计了基于位姿误差反馈的控制率,使闭环系统的跟踪误差按指数速度收敛。该方法能够减小机器人奇异点邻域内的位姿跟踪误差,且在离开奇异区域后能完全消除误差。仿真结果证明了该方法的有效性。     

Dynamic error compensation for industrial robot based on thermal effect model

This paper analyses the kinematic parameters and the positioning accuracy of robot end effectors influenced by temperature factors. Temperature factors include robot self-heating and environmental temperature changes. This paper also builds the thermal distribution model and deformation model using finite element theory. A thermal compensation strategy is presented to validate the significant correlation between the robot kinematics parameters and previous thermal models mentioned above. It is convenient and suitable for industrial field. Thermal compensation is experimentally proved to adjust the position error of the end effectors by less than 0.1 mm.     

可重构混联机械手--TriVariant的误差建模与灵敏度分析

针对少自由度并联构型装备,必须通过误差建模将影响末端可控和不可控误差的几何误差源进行分离,从而指导机构的精度设计和运动学标定的问题,以5自由度混联机械手TriVariant为对象,研究一种少自由度并联构型装备的误差建模方法。该方法可有效分离出影响末端不可控误差的几何误差源,得到由UP支链连架胡克铰的加工和装配误差,以及套筒导轨扭角误差引起的末端姿态误差为不可控误差,从而得到仅需控制恰约束支链的制造和装配误差,便可有效抑制末端的不可控姿态误差的重要结论。在此基础上,借助灵敏度分析方法,在统计意义下定量揭示出上述几何误差源对末端不可控姿态误差的影响。分析结果表明,胡克铰两轴线不相交误差对末端不可控误差的影响最大。     

机器人关节间隙误差分析

对关节间隙变量采用二维矢量表示法,分析了机器人关节间隙对机器人末端位置重复精度的影响。假设关节间隙随机性为某种分布,根据概率论建立了机器人末端点概率密度函数,从而得到机器人末端的误差分布函数。利用该方法对RHJD4-16自由度弧焊机器人关节间隙误差进行了分析,研究了关节间隙对空间机器人末端位置重复精度的不确定性影响情况,得到了关节间隙误差与机器人末端位置重复精度的约束关系,为机器人机构设计和机器人精度分析提供了理论依据。     

码垛机器人结构设计与运动分析

根据目前物流自动化对箱包等物料高速码垛的工作要求,确定了码垛机器人的基本技术指标,设计了四自由度关节型码垛机器人的机械结构。通过运动学分析得出了码垛机器人的运动学方程,并通过对运动学方程的逆解求出码垛机器人各关节的位姿,应用SolidWorks软件构建了码垛机器人的三维实体模型,进行模型装配,实现了码垛机器人码垛过程的仿真。对码垛机器人结构的设计与运动学分析可以为设计和生产码垛机器人提供借鉴。     

数控插齿机的误差建模与误差补偿解耦

为提高数控插齿加工精度,需对其误差进行补偿。通过分析插齿机床的运动特点,建立了插齿机运动模型;基于机床误差运动学原理,推导出用齐次变换矩阵描述的刀具相对于工件的误差模型;基于小误差补偿运动假设和微分变换原理,对各轴运动副的误差补偿量与刀具相对于工件的位置及方向误差模型间存在的耦合关系进行了解耦,获得了影响插齿加工精度的各运动副位置或方向误差补偿量。