新型二自由度并联机构运动学标定方法

精度不足制约着并联机构的发展,传统的并联机构运动学标定方法可以在一定程度上提高并联机构的精度,但 其缺点在于对测量仪器的要求较高,计算量较大。针对一种新型二自由度并联机构,运用无参数化标定的方法对机构进 行运动学标定。该方法不需要进行参数辨识,只需要通过外部测量设备测出机械手末端执行器的位姿,利用运动学正反 解解出实际位姿与期望位姿之间驱动输入的差值,补偿到理论的输入中,即可得到补偿后的动平台位姿。计算机仿真结 果表明,这种方法可以有效地提高动平台定位精度,证明了无参数化标定方法的有效性和可靠性。     

曲面工件超声检测机器人误差补偿分析

针对曲面工件超声波检测过程中,超声检测机器人末端探头位姿误差对检测精度影响的问题。根据超声检测机器人自身特点,提出基于多关节摄动误差补偿原理逆向求解标定误差模型参数的方法,利用误差模型参数实现对检测中所有扫描点位姿误差的实时补偿,提高检测的精度。首先,应用Denavit-Hartenberg方法建立超声检测机器人的运动学模型;其次,分析超声检测机器人的误差原因和来源,并利用矩阵微分原理建立误差模型;最后,结合超声检测机器人测距功能和多关节摄动误差补偿原理得到位姿误差实时补偿方法。通过螺旋桨曲面工件扫描检测实验验证该位姿误差补偿方法的有效性。     

基于LM算法的机器人运动学标定

机器人参数估计与误差补偿的标定方法是提高机器人末端位置定位精度的重要手段。课题组建立UR3机器人DH参数运动学模型,基于机器人末端工作空间的出现频率概率分布确定机器人测量空间域;以激光跟踪仪测量空间域内的机器人末端位置,构造出机器人末端位置误差与几何参数集间最小二乘方程目标函数,利用自适应步长的LM(Levenberg Marquardt)算法对其进行迭代求解,进行参数估计得到几何参数标定值,以此修正机器人系统理论运动学模型结构参数集。最后对标定结果进行验证和分析,结果显示标定后最大误差降低了47.48%,平均误差降低了37.98%,均方根误差降低了40.40%,证明了该标定方法的有效性和可靠性。     

六自由度并联机构的误差分布研究

针对制造和安装误差对并联机构末端位姿精度的影响问题,以六自由度Stewart并联机构为研究对象,在建立运动学正解一阶误差模型的基础上,结合泰勒展开式推导出Stewart并联机构末端的位置和方向误差与驱动器不同长度变化之间非线性关系式;并用MATLAB软件仿真分析结构参数误差存在的条件下,工作空间中六自由度Stewart并联机构末端位姿误差的分布情况。分析结果表明：不同位姿下,位姿误差存在差异;在x轴正方向上,位姿体积误差的变化规律具有一致性,均随x轴正方向的移动而逐渐增大;[JP2]同时位置体积误差的变化幅值远大于姿态体积误差的变化幅值,并且最大位姿误差出现在可达工作空间边缘的顶部位置。研究结果为该并联机构后续进行精度综合及误差补偿提供参考依据。     

一种六自由度分离体机构运动学分析及仿真

针对风洞捕获轨迹试验六自由度分离体机构的结构和运动特点,以机器人D-H方法理论为基础,得到分离体机构的连杆坐标简图和运动学参数,建立了该分离体机构的运动学模型。采用矩阵变换得到运动学正解,并将正解得到的尾支杆处坐标系和分离体机构基坐标系的位姿关系通过变换矩阵转换成末端外挂物模型理论质心坐标系和风洞固定坐标系的位姿关系,然后利用变量分离法得到运动学逆解。最后,通过Matlab软件编写程序,所得结果与ADAMS软件运动学仿真结果进行比较,验证了理论推导的正确性。     

CTS机构几何误差分析及补偿

分析了风洞现有分离体模型6自由度机构(简称CTS机构)的几何误差,研究了误差产生的原因,包括机构总体坐标系与风洞固定坐标系不重合的零位误差、直线运动导轨与机构总体坐标系轴线不平行产生的误差,以及偏航俯仰轴线与理想设计轴线不重合引起的分离体模型位姿误差。建立了误差模型,并将分析得到的各项误差通过最小二乘法拟合得到误差函数补偿到运动学正解方程中,再通过牛顿迭代法求取补偿后的运动学逆解,实现对CTS机构的误差补偿,提高机构的运动精度。通过标定试验,对三轴联动的误差补偿效果进行验证,得出了补偿后比补偿前定位精度提高88.21%的结论,证明了补偿方法的有效性。     

灵巧机械手变负载误差控制与优化

鉴于变负载对灵巧机械手精度影响的问题,基于D-H参数连杆坐标系,建立灵巧机械手系统的运动学模型,求解灵巧机械手末端位置的运动学方程,研究关节在轨迹规划前提下的位置及速度曲线,分析变负载对机械手末端精度的影响,求解变负载对灵巧机械手末端精度的误差模型,在变负载对末端精度及速度的影响下得出灵巧机械手在变负载作用下的误差曲线,通过基于粒子群算法的PID控制器对其进行误差优化。仿真结果表明:基于粒子群的PID控制器对变负载引起的误差进行优化补偿,为灵巧机械手变负载的进一步研究提供了理论基础和依据。     

面向加工精度的机床系统误差建模与分析方法

研究并掌握机床各部件单元位姿误差对零件加工质量的影响规律,可以有效提高机床精度设计及误差补偿效果。以车削加工为例,建立了系统源误差与零件加工质量之间的关系模型。建模工作分为两个部分:首先采用虚拟加工原理,建立执行部件(刀具和工件)单元位姿误差与零件加工质量之间的数学仿真模型;然后建立车床工艺系统误差源与执行部件位姿误差之间的传递模型,两个模型可以集成为一个整体。在阐述总体研究思路与方法的基础上,侧重介绍第1部分研究工作,利用多体系统运动学和齐次坐标变换原理建立刀具和工件之间的运动学关系,通过Matlab虚拟工件被加工、测量和评定,实现了最终执行部件源误差到工件加工质量之间的映射。最后给出了分析方法示例。     

基于自适应目标偏置系数的机械臂路径规划算法

针对快速搜索随机树（RRT）算法因其随机特性导致的运行时间过长和计算结果往往不是最优解的问题，在RRT算法及其改进算法的基础上，课题组提出了一种基于自适应目标偏置系数的机械臂路径规划算法，并将该算法应用到医疗设备无影灯的使用中。首先，用D H参数法对6自由度机械臂进行运动学描述和正运动学求解，得到末端的运动状态和位姿；然后，综合RRT算法及其改进算法的优点拓展新节点和重置父节点，并引入自适应目标偏置系数,再对路径作剪枝后处理。对比实验结果显示：该方法在保证算法搜索效率的基础上，有效地提高了路径质量。基于ROS的仿真平台验证了该方法具有实用性和可行性。     

基于位姿调整的晶圆传输机器人轨迹规划

为了提高晶圆传输机器人的运行效率和运动平稳性，课题组基于末端执行器的位姿调整对晶圆传输机器人进行了轨迹规划研究。首先，介绍了晶圆传输实验平台的机构组成，在此基础上采用了动静法对晶圆受力进行分析，得出加速度与位姿角度之间的内在关系；其次，提出了一种基于位姿调整的S曲线加减速控制算法，并基于该算法实现了对末端执行器的轨迹规划；最后，采用MATLAB软件编程，实现了关键参数的求解和算法仿真，得到了加速度、速度、位移随时间变化的曲线图。应用结果表明此轨迹规划可以在保证高度运动平稳的情况下提高晶圆传输机器人的工作效率。     

新型外科手术机器人(AOBO)的机构设计及运动学分析

为了提高外科手术机器人的工作空间和手术效率,缩小机器人的操作空间和结构尺寸,以适应针对不同病人的 工作特点和手术环境。研制了一种新型的7自由度外科手术机器人( AOBO),设计了每个关节的动力机构以及专用的 手术器械。肩关节机构处通过1个谐波减速器使得整体运动更加平稳,负载能力更大;大臂和小臂采用高强度低质量的 碳纤维材质制造减少了由于臂长给电机增加的负载,同时建立了其运动学方程,仿真了机器人的工作空间。实物测试实 验表明,该外科手术机器人具有合适的工作空间和很好的动作灵活性,能够满足外科手术对于机器人的准确定位和精确 操作的要求。     

食品检测咀嚼机器人工作空间研究

为了提高食品检测效率,改善食品检测精度,增加食品检测的客观性,文章介绍了一种基于6-UPS机构的咀嚼机器人,介绍了咀嚼机器人的结构原理,求解了机构的运动学逆解,分析了机构的工作空间影响因素,利用MATLAB编程求得机构在定姿态下的工作空间。空间轮廓图表明,该机构在定姿态下能到达人类全部真实咀嚼空间,机构设计可靠,能够模拟人类咀嚼行为对食品进行检测。     

基于RecurDyn的4旋翼摆臂式清洗机器人设计

针对爬壁机器人越障过程产生的控制复杂和过程运动不连续的问题,课题组通过引入柔性关节,在机器人本体上设计了摆臂越障机构及旋翼推力系统,并从运动学角度分析机器人攀爬障碍物时的运动机理,以及建立了机器人壁面攀爬的运动学模型,计算出机器人在不发生失效形式下,旋翼电机理论输出转矩,绘制了旋翼电机输出转矩和壁面角度变化的关系图,并利用RecurDyn软件对爬壁机器人越障过程进行运动学仿真,绘制出机器人重心高度的变化和时间关系图。结果表明：机器人旋翼推力机构的吸附性能良好,机器人能够平稳地在壁面完成爬行和越障。     

服务机器人的双臂运动学仿真研究

目前服务机器人存在结构复杂、价格昂贵等问题，课题组设计了能满足日常服务的四自由度服务机器人的双臂。设计服务机器人双臂的主要结构：采用D H法建立各臂连杆的参考坐标系；求解了运动学的正逆解；利用MATLAB编程求解单臂的工作空间；利用MATLAB建立双臂运动仿真模型。空间轮廓运动仿真结果验证了正逆运动学求解的正确性。该双臂工作空间能满足日常服务需求。     

广义合作目标跟踪的误差空间估计方法

提出了广义合作目标的概念及误差空间估计方法,提高了光电跟踪系统的跟踪精度与平稳性。该方法采用引导数据与引导误差描述目标的运动,通过将目标的机动分散到引导数据和引导误差,在目标状态空间中根据目标的运动模型进行滤波,在误差空间中根据引导误差模型进行滤波与预测,再进行合成得到目标位置预测数据。实验结果表明在相同的机动水平下,该方法的跟踪性能优于Kalman滤波与强跟踪滤波。     

SCARA平面关节机器人通用运动控制器设计

“PC＋运动控制器”控制机器人技术的研究已成为自动化领域的热点,并得到了较大的发展。在“PC＋运动控制器”机器人控制方式中,运动控制器是影响机器人性能的关键部件之一,本文介绍了四自由度SCARA（平面关节机器人）运动控制器的设计,对机器人的关节控制器的硬件电路设计和控制软件设计作了详细的阐述。     

室内移动机器人搜索人的算法设计

针对室内环境中经常出现的移动机器人搜索人的问题,设计并实现了一种在栅格地图基础上基于改进的遗传算法和A*算法进行路径规划的算法。移动机器人采用开源机器人操作系统（ROS）框架,在SLAM的基础上完成机器人自定位以及校准、路径规划和导航。对室内环境栅格地图应用单元分割法得到一系列以障碍物分割开的子区域,应用遗传算法规划最优的区域间转移序列,同时使用A*算法进行两点之间的导航规划。仿真与实验结果证明：该算法可以在已知的室内环境中提供最优化的搜索路径,在短时间内完成找到人的任务。     

机器人操作手惯性参数的有限元算法

本文概述了有限元网格自动划分方法，并在此基础上提出机器人操作手惯性参数的计算方法，结合实际应用，给出一个算法并介绍了程序的实现，为机器人手臂设计提供了方便。