固定电机驱动的平面关节型机器人无参数运动学标定

针对传统平面关节型机器人（简称SCARA）运动臂质量大的缺点,设计一种固定电机驱动的SCARA。为提高其 精度用无参数化标定的方法进行运动学标定,根据D-H方法,在空间坐标转换的基础上建立了该SCARA的数学模型, 得到杆件间相对位置关系;通过外部测量设备测出末端执行器的位姿,利用运动学正逆解解出实际位姿与理论位姿之间 驱动输入的差值,补偿到理论的输入中,得到补偿后的动平台位姿。通过计算机仿真表明该标定方法能极大提高末端执 行器的位置精度,证明了无参数化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。     

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。     

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。     

4PRR P混联加工机构运动学研究

由于平面并联机构存在着动平台灵活度低，容易产生机构奇异，工作空间小等缺点，课题组提出了一种新型4PRR P混联 加工机构。基于螺旋理论验证了机构的自由度特征，建立了机构位置逆解数学模型，确定了机构的奇异位形。采用数值搜索法求解了机构的工作空间，通过考察 各尺度参数对工作空间的影响，优选得到了机构的关键尺度参数。相关数值计算及运动仿真结果表明该机构可以解决平面并联机构存在的灵活度低、容易产生机 构奇异、工作空间小等问题。文中运动学模型及性能分析结论合理正确，相关成果可为机构动力学分析、结构设计提供参考。     

基于一种半开式滑槽球副的3-PSP并联平台设计

提出在并联机构中应用一种1移动3转动半开式滑槽球副结构,该运动副将1个移动副和1个球副集成为一个复合的运动副,可以缩短并联机构中支链的尺寸链,有助于提高并联机构精度。基于半开式滑槽球副设计了一种3自由度(3-DOF)PSP三轴并联平台,通过对此机构进行的运动分析和支链的精度分析,导出各个支链的逆解方程,同时根据影响支链运动精度的各个因素给出支链系统误差的线性补偿方程,证明此并联机构具有易于控制、运动精度高的优势。     

3支链6自由度并联机构运动学研究

为了使并联机构在三维空间完成3个转动和3个移动的动作,可以进行全方位的运动,课题组提出了6自由度2PPRS RPRS并联机构。课题组描述了该并联机构的构型,建立了机构的运动坐标系;利用螺旋理论求解了机构自由度,并运用修正Kutzbach Grüble公式验证了自由度求解的正确性;根据支链与定、动平台间的相对姿态关系,推导了支链平面方程,并结合杆长不变条件,推导获得了该6自由度并联机构全部位置逆解的解析解;并基于三维边界搜索法,求解绘制出了机构的可达位置工作空间;最后,通过SolidWorks/Simmechanics的三维运动/参数可视化联合仿真,得到了机构的驱动位移相对时间的变化曲线。研究结果表明该机构构型设计、自由度分析正确,得出了该机构在三维空间内的运动学输入、输出的变化规律。     

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。     

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。     

新型二自由度移动并联机构设计

针对工业设备快速抓取物件的需求,基于并联机构具有的优点,提出了一种二自由度可快速移动的并联机构。 对该机构的运动学进行分析研究,创建该平面二自由度的运动学模型,利用勾股定理推算出该机构的正反解,继而得到 雅克比矩阵。最后利用杆件约束等条件得到该机构的工作空间。通过SolidWorks和MATLAB仿真软件求正反解验证了 设计的正确性。该并联机构的横向位移较大,满足设计要求。     

并行采集系统通道失配误差测量及校正

并行时间交替采样结构是一种有效地提高采样率的方法,但在采用此结构的采集系统中,多个ADC通道间的失配误差严重影响采集系统的性能,国内外对失配误差的测量和校正多采用加测试信号的方法。该文通过理论分析得出一种不需要测试信号且适用信号范围广泛的误差测量算法,并对国外文献中盲算法估计时间误差的方法进行了改进。计算机仿真证实了该方法对误差的估计有极高的精确度,能有效地提高采集系统性能。     

疲劳裂纹扩展试验裂纹图像采集系统

针对目前金属疲劳裂纹扩展检测方法存在效率低、操作繁琐、精度不高，不能实现实时性等缺点，文章提出了基 于机器视觉的裂纹检测方法。根据金属疲劳裂纹扩展试验过程中裂纹图像的采集要求，设计了摄像头位置可自动调整 的疲劳裂纹图像采集系统，包括摄像头安装运动装置，裂纹图像采集装置以及摄像头运动控制系统。图像采集装置由高 分辨率黑白面阵CCD摄像头、光学镜头，光源照明装置和图像采集卡组成，前3者安装在摄像头支架上，与摄像头运动 装置相连。摄像头运动装置中的X，Y，，Z轴运动机构由步进电机带动滚珠导轨机构。在基于ARM技术的运动控制系统 的控制下摄像头可沿X，Y，，Z轴作高精度直线运动，实现和试件之间精确位置的调整。实验结果表明，所设计的系统可 采集到疲劳裂纹扩展试验过程中高清晰度、高分辨率的试件裂纹图像，满足下一步裂绞尺寸计算的要求；摄像头运动定 位精度可达到0. 02 mm，满足精确的系统聚焦、位置调整、跟踪采集的要求。     

树型多刚体系统单向递推组集计算机求解

对组成多刚体系统的各个刚体和铰建立基本类型,采用R／W方法描述多体系统的结构,采用相对坐标的建模描述方法,自动选择广义坐标。对各个刚体采用规则标号标识,自动形成路的信息,按路的方向递推组集多刚体系统运动学和基于虚功原理的动力学方程,这样建模效率高,简洁。采用Adams预估－校正和隐式多步Runge-Kutta方法求解动力学方程。该方法重复使用前几步信息,计算速度快,并就上述算法编制了软件,算例表明算法高效可靠。     

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UG软件的串联式凸轮连杆机构的设计方法与运动分析

为了提高机构设计的效率和准确性,加快产品开发的进程,以串联式凸轮连杆组合机构为例,利用VB语言编程结合UG三维造型软件,成功实现了凸轮连杆机构的参数化设计及运动仿真。该软件系统能在初步给定连杆参数及从动件运动规律的情况下,自动生成凸轮轮廓参数,并能对机构运动的正确性予以检验,为设计、加工提供了理论依据,极大的提高了机构设计效率。该方法还可用于同类机构的设计。     

安全阀在线校验系统

当前安全阀校验多采用离线校验的方法,要求企业的生产设备必须停车,因此降低了企业的生产效率。针对现 有校验方式的不足,开发了具有新型固定夹持、测量方式、判开方法的安全阀在线校验系统。该校验系统分为程序控制、 液压驱动与机械夹具3部分,根据校验要求,3部分共同作用,完成整个在线校验任务。该校验系统具有装拆方便、装夹 定位快速、测量操作简单、适用性强等优点。该系统的应用能减少操作人员工作量,提高校验效率,具有一定的市场 前景。     

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。     

分布式SAR系统中运动目标检测定位技术

建立了分布式卫星SAR系统动目标检测定位和测速模型,提出了一种基于改进的ESPRIT算法的多通道动目标检测定位和测速方法。该方法用DPCA技术检测动目标,再利用改进的ESPRIT算法确定动目标数并定位,提取运动参数。理论和仿真结果表明该方法能正确检测动目标并确定运动参数,与传统FFT方法比较,尤其对于成像后在一个方位分辨单元内的多个动目标情况,该方法具有明显优越性。