三平移弱耦合并联机器人机构机型及位置精度分析

针对基于混合单开链的三平移弱耦合并联机器人机构机型设计的一种新方法，阐述了动平台可实现三平移的实用新机型的设计过程。基于并联单开链求交思想，给出了静平台上三个转动副为主动副、具有弱耦合的多种新的基本机型。针对该类机构建立运动学模型和误差模型，研究了影响该类机构并联机器人操作器精度的因素，由于该类机构具有弱耦合特性，使得用软件方法提高机构精度值变得方便易行。运用正交网格方法分析了各杆长及参数对末端精度的影响程度，找到了影响该机构误差的主要因素，为提高该类并联机构机器人末端输出精度提供了依据，具有很大的实用价值。     

基于正交设计的2UPS-RPU并联机构误差分析

运用空间矢量环微分法,建立了兼顾位置和姿态两类误差的位姿误差正解数学模型。此误差模型描述了机构末端位姿误差与各误差源之间的显式映射关系,可定量分析各误差源对机构输出误差的影响。分析了机构位姿参数、结构参数在一定范围内变化时的误差变化曲线,为机构结构参数和工作位姿参数范围的选取提供了理论依据。为分析2UPSRPU并联机构在整个工作空间内各误差源对位姿误差的影响,利用正交设计思想,只需较少的计算量,即可对该机构进行误差分析。基于正交设计思想,将4个位姿参数看成对位姿误差有影响的4个因素,依据位姿参数变化对位姿误差的影响合理划分各因素的水平,使排列的正交表为误差分析提供合理位姿。结合正交表,仿真了机构各末端输出误差对各个误差源的响应程度,从而揭示了影响机构误差的关键因素,可用于指导物理样机的制造与安装。     

可控机构式码垛机器人的运动学误差分析

本文根据可控式机构的理念设计了一款新型可控式码垛机器人,基于D-H法对于该码垛机器人进行运动学建模,并计算其位姿正解。考虑到码垛机器人对机构精度要求较高,因此对该机器人进行误差分析,分别讨论杆长误差和角度误差对末端位姿误差的影响。     

基于正交设计法的2UPS-RPU并联机构精度综合

针对并联机构各原始误差对位姿误差的影响程度不同,使用穷举法在整个工作空间中进行精度综合计算量太大的问题,提出一种原始误差影响因子加权法与正交设计法相结合的精度综合方法。以2UPS-RPU并联机构为对象进行精度综合,并对综合结果进行验证。验证结果表明:该方法能够快速地得到22项误差源的公差值,且在整个工作空间内,末端位姿误差δy、δz、δα、δβ超出给定范围的概率仅分别为4.5%、2.08%、0.25%、2.16%,分析结果也验证了此方法的可行性与正确性。     

基于试验与仿真联合分析的喷涂机器人轨迹精度可靠性研究

采用链驱动的喷涂机器人易于实现本体的轻量化、末端高灵活度与正压防爆系统设计,从而满足家具、钢结构等一般涂装行业对喷涂机器人工作空间与腕部灵活度的要求,深入分析链驱动机器人的运动可靠性对喷涂质量和效率的提高具有重要意义。针对链驱动喷涂机器人的运动可靠性问题,采用一种基于试验与仿真联合分析的机器人末端轨迹精度可靠性分析方法。以旋量法为基础建立了喷涂机器人本体和喷枪的运动学模型,从工业机器人的操作臂性能和运动规律的角度出发,研究了喷涂机器人运动精度的影响因素。分析了链驱动喷涂机器人的优缺点和末端轨迹精度的影响状况,并结合机器人本体的运动学参数,建立了基于随机变量的喷涂机器人运动误差模型。通过试验结果的分析来确定影响喷涂机器人运动误差的随机变量的分布特征,从而对机器人末端轨迹精度的运动可靠性进行更加精确的仿真分析。最后,通过喷涂机器人工作平台对末端轨迹精度的运动误差进行试验验证并与传统的仿真分析方法进行对比,结果显示该分析方法更准确。研究成果为进一步分析喷涂机器人的机构优化、轨迹规划和漆膜质量提供试验基础和理论依据。     

一种高速重载码垛机器人误差分析

以设计的高速重载码垛机为研究对象,基于D-H参数法建立了机器人静态误差模型。研究了杆件结构参数误差对于机器人末端位姿态误差的影响,对由加工、装配、机械传动过程中产生的误差所引起的末端位姿误差进行了分析与计算。在负载条件下,分析了重力对机器人末端位置误差造成的影响,为后续码垛机器人误差补偿提供了理论基础。     

5R串联机器人的静态误差分析及优化方法

以5自由度串联机器人为研究对象,采用D-H法建立该机器人运动学模型,并利用微小位移合成法建立该机器人的位置误差模型,通过理论计算得到末端位置静态误差表达式。以末端位置最大误差值为评价指标,运用控制变量法,研究各连杆参数误差对该串联机器人末端位置精度的影响程度。提出一种利用Jacobi矩阵将末端运动轨迹在Descartes坐标下的误差转换为关节角修正量的算法,并对其运动过程中的关节转角进行优化。仿真结果表明,该优化方法正确、有效,可有效降低运动路径误差至3mm以下。     

2UPS&UPR&UP型并联机器人精度综合

提出了一种2UPS&UPR&UP型并联机器人的精度综合方法。基于理想运动学方程,利用摄动法建立该机器人的误差映射模型,并分离出可补偿误差源与不可补偿误差源;建立不可补偿误差源与末端姿态误差的标准差关系,揭示了工作空间内末端姿态误差标准差的分布情况;利用灵敏度系数法对机器人不可补偿误差源进行灵敏度分析,确定各不可补偿误差源对末端运动精度的影响程度;依据3σ原则,以灵敏度指标作为分配系数,通过精度综合得到给定末端精度下的不可补偿误差源的值,为机器人加工制造提供理论依据。仿真实验验证了该方法的有效性。     

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.     

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。     

并联运动模拟台几何误差的正交特性

分析了一台冗余电机驱动的新型六维正交并联运动模拟台,根据其位置反解的数学模型,导出了末端平台的位姿误差与机构各运动部件几何参数误差之间的函数关系,并基于模拟台的位置正解验证了误差模型的正确性.最后,以误差模型为基础,分析了运动模拟台六条支链几何误差的正交特性,为运动学标定和误差补偿提供了理论依据.     

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。     

Accurate calibration of kinematic parameters for two wheel differential mobile robots

Odometry using wheel encoders provides fundamental pose estimates for wheeled mobile robots. Systematic errors of odometry can be reduced by the calibration of kinematic parameters. The UMBmark method is one of the widely used calibration schemes for two wheel differential mobile robot. In this paper, an accurate calibration scheme of kinematic parameters is proposed by extending the conventional UMBmark. The contributions of this paper can be summarized as two issues. The first contribution is to present new calibration equations that remarkably reduce the systematic error of odometry. The new equations were derived to overcome the limitation of the conventional schemes. The second contribution is to propose the design guideline of the test track for calibration experiments. The calibration performance can be significantly improved by appropriate design of the test track. The numerical simulations and experimental results show that the odometry accuracy can be improved by the proposed calibration schemes.     

基于病态参数分离的机器人运动学标定测量构型优化

针对一种高灵巧性机器人及其连杆参数高敏感性与高定位精度需求,为解决机器人运动学标定随机测量构型存在绝对 定位精度低、参数辨识效果及标定结果鲁棒性较差的问题,提出一种病态参数分离与 DETMAX-改进差分进化(DETMAX-IDE) 算法的机器人运动学标定测量构型分步优化方法。 首先,建立机器人位置误差模型。 其次,建立一种可观性综合指标,评价不 同机器人标定测量构型的总体可观测性和灵敏度。 最后,分离机器人运动学位置误差模型的病态参数,建立测量构型优化目标 函数和约束条件,提出一种基于 DETMAX 算法与改进差分进化算法结合的分步迭代优化算法(简称为 DETMAX-改进差分进化 算法,简写为 DETMAX-IDE 算法),开展机器人运动学标定测量构型分步迭代优化。 通过机器人运动学标定仿真与实验,验证 了所提方法的有效性。 实验结果表明,与随机测量构型相比,所提方法对应的机器人绝对定位精度的平均值和均方差分别降低 了 62. 09% 和 62. 45% 。     

六自由度工业机器人末端定位误差参数辨识与实验研究

为了提高六自由度工业机器人绝对定位精度,对工业机器人进行了运动学建模,并建立了基于MD-H参数误差的机器人末端定位误差辨识模型,应用激光跟踪仪测量系统采集样本点数据,应用基于奇异值分解的最小二乘法求解辨识模型,以获得几何参数误差,并根据辨识出的误差对机器人末端定位精度进行补偿,实验结果表明,经过辨识和补偿后,工业机器人...     

大范围平动并联机器人运动学解耦与速度自适应规划

并联机器人是一种多支链、多关节、强耦合非线性系统,具有高速、高刚度和大负载等明显优势而被广泛应用到工业领域.然而,随着关节数量的增加导致该类机器人运动学解耦和高精度平稳控制的难度较大.为实现大范围平动3-RRRU并联机器人自动化轨迹跟踪和控制的平稳性,针对运动学解耦和速度自适应规划方法展开了系统、深入地研究.首先,应用...     

Tolerance design of robot parameters using Taguchi method

A robotic arm must be able to manipulate objects with high accuracy and repeatability. As with every physical system, there are number of noise factors cause uncertainty in the performance. A probabilistic approach has been used to model, the otherwise difficult to model, noise effects. This paper presents the approach utilised in selection of tolerance specification of robot kinematic and dynamic parameters using experimental design technique for reduction of performance variations. The concept of inner and outer orthogonal arrays proposed by Taguchi is employed to identify the significant parameters and select the optimal tolerance range. The performance measure, i.e. signal-to-noise ratio is utilised to validate by Monte Carlo simulations and to complement above study individual parameter tolerance sensitivity are investigated. To provide insight to investigation, parameter sensitivity maps are plotted. The tolerance specification selection methodology of a manipulator is illustrated by taking 2-DOF RR planar manipulator with payload.     

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。     

基于CPA方法的串联工业机器人运动学标定精度试验研究

几何参数误差是影响工业机器人定位精度的主要误差源,约占总误差的80％以上.基于圆点分析法(circle points analysis,CPA)所标定的几何参数与机器人的实际结构相关,并且能够将几何参数误差与其他误差源解耦.研究表明CPA方法的测量策略对其标定精度具有较大影响.针对基于CPA方法的串联工业机器人运动学标...