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．     

计算机视觉在并联机器人运动学标定中的应用

为提高并联机器人运行精度,研究利用计算机视觉标定并联机器人运动学参数的方法。首先对Delta型三自由度并联机器人进行运动学分析。然后采用光学照相机为传感器,在机构处于不同位姿状态下对固定于动平台上的标定板进行拍照,通过相机标定以及相应的坐标变换方法,求出动平台中心在基坐标系中的位置。最后利用机器人逆运动学模型、自定义的误差方程和非线性最小二乘估计,获得运动学参数。实验结果表明,该标定方法成本较低,标定方法简单、有效。     

平面运动的串联测量方法研究及其与并联方法的比较

提出了用于测量平面运动位姿的三自由度串联和并联测量方法,介绍了串联和并联测量方法的测量原理．通过建立串联测量方法的误差模型,得出了几何误差源与原始测量参数的映射关系和对末端位姿误差的影响情况,得到了这种方法的精度分析结果．仿真结果和试验数据证明了分析的正确性．同时,从几何误差源的产生和测量运动特性等方面对串联和并联测量方法进行了比较．     

基于双轴转位机构的光纤陀螺标定方法研究

针对调制型捷联系统中光纤陀螺误差系数随时间变化的问题,提出一种利用双轴转位机构实现陀螺六位置静态标定方法.根据光纤陀螺仪误差模型,利用转位机构设计六位置标定路径,激励出陀螺仪标度因数、安装误差和零位,标定新方案避免了陀螺仪误差系数的耦合.分析了转位机构的转位误差对标定精度的影响,并利用调制型捷联系统导航实验对六位置标定方案进行原理性验证.结果表明,六位置标定方法所引起的系统定位精度优于传统标定方法.     

直线超声电机驱动的平面3-PRR并联平台的运动学标定

以直线超声电机驱动的平面3-PRR并联平台为研究对象,基于视觉测量对它进行了运动学标定.首先介绍了该并联平台结构,然后推导了其运动学模型并给出了误差函数指标.针对并联平台运动学标定问题,利用CCD相机作为外部测量装置,通过图像处理技术对动平台上的人工特征中心定位,实现了对并联平台动平台位姿的精确测量;最后利用粒子群算法对并联平台运动学参数进行了优化,实现了对并联平台的运动学标定.标定实验结果表明:动平台走一个长轴为16mm、短轴为10mm的椭圆形轨迹,标定前轨迹误差最大大于800μm,标定后轨迹误差缩小到20μm以内,有效提高了并联平台的精度,验证了标定结果的有效性.     

机器人标定算法及在打磨机器人中的应用

首先介绍了机器人位姿匹配的基本原理,以及两种通用的机器人几何参数标定的优化算法：非线性优化方法和递归线性方程法,并分别利用这两种优化算法对打磨机器人的几何参数进行了标定．在此基础上,通过分析影响打磨机器人位置误差的因素,从参数集中剔除对位置误差影响不敏感和无法区分其影响效果的因素,再采用前述优化算法对机器人几何参数进行标定. 仿真结果表明此标定效果和前者相比无显著差异,在一定情况下甚至优于前者．因此在标定过程中,可以采用把冗余参数去除来对机器人进行精确标定．     

并联机器人机构的虚拟样机运动仿真实验研究

以先进制造装备中的机器人工作台为应用背景,研究一种具有四个自由度的新型并联机器人机构。对这种机构的结构作了简要介绍,对其运动特性和自由度作了理论分析和计算。运用虚拟样机技术,在ADAMS软件平台上构建该并联机器人机构模型。按照机构的结构几何尺寸计算各转动副的位置坐标,创建连杆等零件和各转动副,设定驱动副和初速度以及进行运动仿真实验。对仿真结果进行分析。实验和分析结果证明理论分析方法是正确的。此外还说明,完全可以运用ADAMS软件完成并联机构的运动特性分析虚拟样机实验,为并联机构的结构综合提供了一种新的实验方法。     

3-RRR并联机器人的精度分析与仿真

目前有关并联机器人精度方面的研究工作还比较薄弱,为采取有效措施提高并联机构的精度,通过对3-RRR并联机器人机构的分析,针对传统D-H参数法的局限性,采用微分理论,建立了该并联机器人机构的精度模型,通过计算机仿真,针对单条支链多个结构参数误差,比较全面的分析了结构参数对输出位姿误差以及位姿变化对机器人机构精度的影响。分析结果为：机构中所有结构误差随着X轴正向增大而单调增大;运动支链在关节转角处的误差单调上升的比其他结构快。为该机器人机构实际误差补偿与控制提供了理论依据。     

并联刨床刚度分析及实验研究

为了提高刨削加工能力,而采用考虑到并联机构的特点而提出了并联刨床的概念并对其进行了简单说明．采用对机床进行分解的方法对机床的各功能模块分别建立刚度模型,并利用变形线性叠加的原理对机床的并联部分刚度进行分析．采用有限元软件对机床的床身框架及平面约束机构部分的刚度进行分析．并以仿真和实验加工的方式进行了刚度特性研究．     

基于SimMechanics的三自由度并联机器人仿真

Delta型机器人是一种三自由度纯平动并联机构,介绍了应用Simulink的SimMechanics模块集对Delta平台进行仿真研究的方法。运用SimMechanics模块对并联机器人进行建模,并根据机构的几何特性建立运动学逆解求取模块,给出动平台规划运动轨迹,通过运动学逆解求取模块生成机构驱动轴输入运动信号,对机构模型进行运动仿真。仿真结果表明,所建立的机械模型和逆解求取模块以及轨迹跟踪都符合实际系统特性,仿真方法高效、实用。     

A New Calibration Method for a Directly Driven 3<Emphasis Type="Underline">P</Emphasis>RR Positioning System

Calibration is one of the most important works for the parallel manipulator. The manufacturing and assembling errors will modify the designed parameters of the parallel mechanism, leading to the positioning errors. Calibration is an effective method for improving the accuracy of the parallel mechanism. It is vital to identify the parameters and calibrate the system aiming at improving the positioning accuracy. In order to build an object stage of the micro/nano operation system, a 3 degree-of-freedoms (DOFS) parallel mechanism has been designed and constructed, with combination of legs of the PRR type (the underline of the P represent the actuated joint), P and R representing prismatic and revolute pairs respectively (3PRR). Due to the space constraint, this 3PRR mechanism is built without the end-effector feedback, and must be calibrated for high accuracy positioning. The error model of the 3PRR mechanism has been derived and analyzed, and the error distribution mappings of the 3PRR mechanism are obtained. The calibration method based on the error model is investigated. Since some parameters are difficult to be identified by using the decoupling error model, the assistant measurements are proposed and utilized to compensate for this calibration method. Numerical simulations and experiments are carried out. The simulation results show that it is not enough to calibrate this system by using the calibration method based on error model only, and the experimental results demonstrate that the combined assistant measurements will achieve a better effect for calibration.     

Kinematic calibration of a 5-axis parallel machining robot based on dimensionless error mapping matrix

Accuracy problem is one of the most challenging issues for the application of parallel robots in manufacturing industry, and kinematic calibration is a feasible approach to solve it. Although lots of researches have brought up a diversity of calibration methods, there are still rooms for the improvement of the accuracy, efficiency and robustness of these calibration effects. In this paper, an improved method for kinematic calibration of a 5-axis parallel machining robot is proposed, which includes a new forward kinematic solution (FKS) based on dual quaternion and a modified error modeling process leading to dimensionless error mapping matrixes (EMMs). On this basis, an iterative identification procedure is schemed, and the kinematics and identification simulations are carried out. The kinematics simulation results show that the proposed FKS has wider convergence range and faster computation speed than Levenberg-Marquardt algorithm, while the identification simulation results show that the residual pose errors with the proposed dimensionless EMMs are lower than that with the conventional EMM in various units. Additionally, the procedure of the full pose measurement with a laser tracker and an auxiliary tool is introduced, and thereby the contrast experiments of kinematic calibration on the prototype are conducted. The experiment results indicate that the residual position and orientation errors based on the dimensionless EMM decrease by 97.67% and 86.85% of the original values, respectively, at least, and by 76.77% and 38.65% of that based on the conventional EMM, respectively, at most. Consequently, it is further confirmed that the proposed calibration method is effective in enhancing the identification accuracy of the geometric errors and improving the positioning accuracy of the studied parallel robot.     

Estimation model for kinematic calibration of manipulators with a parallel structure

This article provides an estimation model for calibrating the kinematics of manipulators with a parallel geometrical structure. Parameter estimation for serial link manipulators is well developed, but fail for most structures with parallel actuators, because the forward kinematics is usually not analytically available for these. We extend parameter estimation to such parallel structures by developing an estimation method where errors in kinematical parameters are linearly related to errors in the tool pose, expressed through the inverse kinematics, which is usually well known. The method is based on the work done to calibrate the MultiCraft robot. This robot has five linear actuators built in parallel around a passive serial arm, thus making up a two-layered parallel-serial manipulator, and the unique MultiCraft construction is reviewed. Due to the passive serial arm, for this robot conventional serial calibration must be combined with estimation of the parameters in the parallel actuator structure. The developed kinematic calibration method is verified through simulations with realistic data and real robot kinematics, taking the MultiCraft manipulator as the case. © 1994 John Wiley & Sons, Inc.     

基于M型标准块的视觉引导机器人系统手眼标定方法研究

针对线结构光传感器引导的机器人系统的手眼标定问题,提出了一种以M型标准块为标定物的方法。该M型标定物的两条平行的脊线作为约束,基于两条平行脊线的约束建立包含手眼关系、机器人运动学以及两条直线位姿参数误差的模型。首先基于定点约束求解手眼关系初值并以此为基础解算出直线位姿参数的初值,然后通过最小二乘法解算误差参数并补偿到模型中,不断迭代直至计算的误差参数小于阈值,最终得到最终的机器人手眼关系及运动学误差参数。为了验证标定方法的有效性,以某精加工平面为被测物,利用线结构光机器人系统对平面进行测量,得到平面点云;拟合最小二乘平面,计算点到平面距离的均方根值作为评价依据。分别对所述M型标准块和标准球两种方法进行了实验对比,结果表明,相较于标准球方法,所述M型标准块方法得到的均方根误差由0.152 mm减少到0.080 mm,均方根误差的标准差由0.043 mm减少到0.005 mm,其标定结果的精度及稳定性得到显著提高。     

Kinematic calibration of a 2-DOF translational parallel manipulator

Two types of kinematic calibration method for a 2-DOF (degrees of freedom) translational parallel manipulator are proposed using different error models. A calibration experiment is performed on both methods using an Absolute Laser Tracker and the results are compared. Two error models of the 2-DOF translational parallel manipulator are established using differential method and linear perturbation method, respectively. The two error models are solved using both the least squares method and linear equations. The results for the two different calibration methods show that the error model based on differential method is more effective in improving the accuracy of the 2-DOF translational parallel manipulator. Overall, the absolute position error of the 2-DOF translational parallel manipulator is significantly reduced to 0.13?mm from 0.93?mm after kinematic calibration.     

基于牛顿-欧拉方法的6-PUS并联机构刚体动力学模型

用牛顿—欧拉方法建立了 6 PUS并联机构的动力学模型 .为使动力学模型包含所有构件的重力和惯性力 ,以该并联机构的支链为研究对象 ,用D H方法建立了各构件的坐标系 ,推导出了支链运动学逆解的解析解 ,并给出了动平台的速度、加速度与各构件速度、加速度之间的映射关系 .然后 ,以动平台为研究对象导出了 6 PUS并联机构的动力学模型 ,并给出了动平台做圆周平动时各驱动力的变化曲线 ,为该类机构的动力学分析奠定了基础 .     

2RPU_RPS并联机构运动学分析及仿真

从并联机构在实际应用中的运动控制出发,对2RPU_RPS构型的并联机构进行运动学分析及仿真。通过分析其结构约束条件,求解出机构的关节变量与末端姿态变量的关系,进而完成其逆运动学求解。在逆解的基础上,构建其正运动学模型。基于建立的运动学模型,分析其工作空间,并进行运动学仿真加以验证,为并联机构的实际应用提供理论指导。     

基于数据手套的虚拟手精确建模的研究与实现

研究针对虚拟手与真实手的运动匹配问题,结合人手部的解剖学特征和机构学原理,提出将手部简化为合理的杆架机构,并采用实际物理参数测量等手段,为保证手部几何模型及运动映射的精确性与个性化,给出运动学建模、数据手套标定及采集数据处理的具体方法。结果搭建试验的平台对方法及实现进行验证,试验中虚拟手与真实手运动匹配良好,表明提出的实现方法有效且实用。     

一种3自由度并联柔索驱动机器人的精度研究

研究了一种3 自由度并联柔索驱动机器人精度分析和精度综合的问题．分析了影响机器人位姿精度 的主要因素,推导建立了关节误差及柔索误差模型．提出了一种精度综合算法,并基于给定的机器人关节允差, 综合分析出装配误差及柔索误差的最大取值．通过仿真验证了误差模型的正确性．样机试验表明,利用柔索误差 模型可以提高机器人的运动精度．     

具有关节角反馈的绳驱动仿人肩关节的张力优化与控制

本文研究一种具有关节角反馈的3-DOF绳驱动仿人肩关节,采用3个垂直相交于一点的单轴机构实现肩关节的功能.针对绳驱动技术中绳的弹性和机械安装误差,在各关节上均安装编码器读取各关节位置误差.针对并联机构输出耦合的问题,设计了具有逆运动学的实时计算和误差在线补偿的线性位置插补方法.同时针对载荷变化引起的绳上张力变化剧烈和振...