基于末端转角误差的并联机器人零点标定方法

针对一种4自由度高速并联机器人（Cross-IV机器人）的零点标定问题,提出了一种基于末端转角误差信息的快速零点标定方法．基于机器人的单支链闭环矢量方程,建立了零点误差全集与末端误差之间的映射模型．通过对误差传递矩阵的分解,在仅利用旋转编码器对末端转角误差进行测量的基础上,构建了该机器人的快速零点误差辨识模型．为进一步最大化测量效率及提高辨识矩阵的鲁棒性,提出了一种优化的测量点选择方案．通过仿真详细验证了该零点标定方法的鲁棒性与准确性．基于激光跟踪仪的验证实验表明,经标定后机器人末端位置误差降低至1.312 mm,转角误差降低至0.202°,标定结果表明该零点标定方法简单、有效．     

光电轴角编码器的细分误差快速测量系统

为了在野外快速准确地测量编码器的误差,研制了编码器的误差测量系统。因为编码器的误差主要来自细分误差,该系统主要对细分误差进行分析。系统采用2片MAX125 A/D转换芯片对编码器输出的信号进行采集,通过并口将数据传给计算机进行误差分析。与传统的误差测量系统相比具有测量速度快、便携、简单等特点。利用该系统对某21位编码器的误差进行测量分析,证明该方法可行。     

基于相对坐标的机器人末端位姿测量方法

为了解决机器人末端6维位姿难以测量的问题,提出了一种末端位姿的间接测量方法,并给出了适用条件．该方法只需测量末端平台6个目标点在单方向上的相对位移,便可得到机器人末端的6维位姿数据,而且可以消除测量工具的零值系统误差．分析了各几何误差对测量精度的影响,得到了误差影响矩阵以指导测量精度补偿．最后,以一台6自由度运动模拟器为例验证了该方法的有效性．     

仿人机器人足部姿态实时感知系统

针对复杂环境下仿人机器人稳定控制的要求,设计了基于MEMS惯性传感器的仿人机器人足部姿态实时感知系统.同时,提出了基于惯性传感器和足部力传感器信息的系统累积误差校正方法,用于解决由于噪声、漂移和积分算法而带来的累积误差问题.该系统能够实时精确的输出仿人机器人的足部姿态信息,为仿人机器人的稳定控制提供关键依据.该校正方法能够有效的消除系统的累积误差,提高系统的测量精度.最后在仿人机器人BHR-2上对该系统的可行性和有效性进行了实验验证.     

基于组合测量的机器人运动误差特性分析及定位补偿技术

研究了机器人各轴运动角度误差的测量与控制补偿技术.讨论了各因素对运动角度误差影响的显著性,独立分析了电机运动控制误差和关节连杆变形误差模型.设计了双轴正交惯性测量方案,通过预先测量机器人各轴运动范围回转角度误差,得到机器人运动空间几何误差分布,基于多元统计学分析确立了不同因素对运动角度误差的影响系数,基于正交多项式拟合建立了各轴定位误差分布模型,在机器人运行前利用该模型计算误差补偿量,控制机器人进行定位补偿.同时,对所提出的机器人各轴运动误差分布规律和正交多项式拟合方法进行了分析,并使用激光跟踪仪测量验证了机器人末端定位精度的补偿效果.研究结果表明,通过对机器人自身性能的研究和补偿可以提高机器人控制精度.     

基于阻抗模型的下肢康复机器人交互控制系统设计

为帮助下肢功能障碍患者进行康复训练,设计了下肢康复机器人。对于该机器人的控制,采用传统系统无法柔顺控制,导致机器人运动轨迹偏离预设轨迹。针对该现象,提出了基于阻抗模型的下肢康复机器人交互控制系统设计。通过分析总体控制方案,设计系统硬件结构框图。采用L型二维力传感器,确定两个方向的人机交互力。使用绝对值编码器安装在各个关节处,其输出值作为髋关节、膝关节、踝关节电机的转动位置,增量编码器安装在电机轴上,测量值用来作为后期控制方法的输入参数。构建阻抗控制模型,能够调节机器人位置和速度,具有消除力误差功能。依据此力矩对参考运动轨迹进行设计,实时获取患者康复训练的跟踪、主动柔顺和接近状态信息。在柔顺训练实验测出人机交互力,通过实验结果知,在检测到人体主动力矩异常时,系统能够重新优化轨迹,具有良好柔顺控制效果。     

网络遥操作机器人系统视频传输研究

本文研制了一种新颖的应用于网络遥操作机器人系统的网络视频流传输系统,该系统基于C/S模型并采用MPEG4视频编码器对图像进行编解码,实现了机器人现场视频的实时采集、编码、传输和播放,实验证明该系统不仅图像传输质量高,而且能保证机器人现场图像传输的实时性。     

基于非线性优化的机器人坐标系标定方法

利用激光跟踪仪检测或校准工业机器人,须先对机器人坐标系进行标定。研究一种基于非线性优化的机器人坐标系标定方法。即在机器人末端固定一靶点,机器人运动多个位姿,激光跟踪仪对靶点进行测量,建立多位姿约束方程,并采用非线性优化算法同步标定机座坐标系及靶点坐标。该方法无须特殊机械工装,可适用于空载或末端带有各类执行器的工业机器人系统。经实验验证:相较于经典封闭解法,该方法采用非线性优化,具有良好的鲁棒性,可有效减小因机器人运动模型不准确引起的转换误差。     

基于光学运动跟踪系统的机器人末端位姿测量与误差补偿

针对工业机器人绝对定位精度较低的问题,采用加拿大NDI公司的Optotrak Certus HD光学运动跟踪系统作为机器人位姿的测量设备,提出了一种基于再生权最小二乘法的最优剪枝极限学习机算法,通过该算法将机器人目标位姿映射到修正位姿上,实现了对机器人末端位姿补偿的效果.利用爱普生6轴机器人末端进行实验,在不同速度下完成直线轨迹运动、圆轨迹运动以及离散随机运动,对该误差补偿方法的有效性进行验证和分析.结果表明,该误差补偿方法均能提高机器人的位姿精度,其测试点在X、Y、Z三轴总方向上的绝对位置精度为0.06 mm～0.25 mm,比无补偿时的2 mm～3 mm有了1个数量级的提高;而姿态误差补偿后,其均方根误差和平均绝对误差均减小到未补偿时姿态误差的26.09%.同时,该补偿方法还可有效降低异常值的影响,具有良好的稳健性.     

基于光电编码器的永磁球形电动机转子方位测量系统

设计了基于光电编码器的三自由度永磁球形电动机转子方位测量系统。介绍了永磁球形电动机的结构和球体方位描述方法。通过分析微分运动,推导出测量系统的误差矩阵,并对系统性能进行了分析。系统中,光电编码器的输出脉冲经硬件电路倍频、鉴相、可逆计数和存储后,由单片机进行计算,测得的转子方位由液晶显示器(LCD)实时显示并经串口发送到电机闭环控制系统中。实验验证表明:设计的测量系统的有效性。