X2并联机械手运动学标定研究

摘要

传统的工业机器人以重复精度作为其主要的精度性能指标。但是随着机器人的应用越来越广泛，很多应用场合需要机器人同时具备较高的定位精度，如机器人视觉和离线编程等。由此，机器人的定位精度性能受到了越来越多的关注。
　　本文以X2并联机械手为对象，通过对其进行运动学标定理论及方法的深入研究，最终来提高该机械手的绝对定位精度，主要包括以下几个方面的内容:
　　建立机构的理想运动学模型，根据机构的已知条件求解机械手的工作空间范围。通过对机械手的误差分析，建立机械手含几何参数误差的实际运动学模型及对应的输入输出误差模型。通过对实际运动学模型的求导，计算出机构的各个几何参数误差对最终机械手末端位置误差的影响度大小。
　　基于上述误差模型利用微分法建立该机械手的线性误差模型，进而利用最小二乘法建立该机械手的运动学几何参数辨识模型。运用MATLAB工具对该机械手进行计算机仿真标定，以证明了上述模型及方法的正确性和有效性。
　　相对于微分法，利用矢量摄动法来直接建立机械手的线性误差模型，进一步利用最小二乘原理建立该机械手的几何参数辨识模型。同样通过MATLAB进行计算机仿真标定，并对两种方法的仿真结果相互比较。
　　基于Labview软件开发环境，通过调用NI-motion运动函数库设计该机械手的标定运动控制软件，完成机械手25个标定测点的自动运行，同时也包括了单轴调整、回零限位等辅助功能模块。
　　对X2并联机械手进行实际运动学标定实验。基于标定运动软件，通过测量设备绝对跟踪仪及反射球完成该机械手末端位置的误差测量工作。通过上述两种不同模型及方法分别完成各自几何参数的辨识求解。通过误差补偿，再次进行误差测量并且比较两组实验结果及两种方法的优劣性。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 课题研究背景和意义

1．2 国内外研究现状

1．2．1 并联机器人误差建模研究

1．2．2 并联机器人运动学标定方法研究

1．3 论文的主要研究内容

第二章 X2并联机械手运动学分析及误差建模

2．1 引言

2．2 机构简介

2．3 机构理想运动学分析

2．3．1 运动学位置分析

2．3．2 工作空间分析

2．4 机构运动学误差建模

2．4．1 重复精度和绝对精度

2．4．2 机械手误差建模

2．4．3 机械手几何参数误差对最终误差的影响大小分析

2．5 本章小结

第三章 基于微分模型的机械手运动学标定方法研究

3．1 引言

3．2 运动学标定方法研究

3．2．1 参数辨识原理

3．2．2 基于微分的误差线性模型

3．2．3 参数辨识模型及求解

3．3 误差补偿

3．4 计算机仿真标定

3．4．1 测点规划

3．4．2 仿真标定

3．5 本章小结

第四章 基于摄动模型的机械手运动学标定方法研究

4．1 引言

4．2 运动学标定方法研究

4．2．1 基于线性摄动的误差模型

4．2．2 参数辨识模型及求解

4．3 误差补偿

4．4 计算机仿真标定

4．5 本章小结

第五章 X2并联机械手标定运动控制软件设计

5．1 引言

5．2 Labview开发环境

5．2．1 Labview语言

5．2．2 Labview工作环境

5．3 软件各功能模块设计

5．3．1 驱动程序安装

5．3．2 测点运动程序

5．3．3 手动调整及回零

5．3．4 实时位置显示

5．3．5 限位模块

5．4 控制器误差补偿接口

5．5 本章小结

第六章 X2并联机械手运动学标定实验

6．1 引言

6．2 实验设备简介

6．2．1 Leica绝对跟踪仪

6．2．2 Polyworks软件

6．3 运动学标定实验

6．3．1 建立测量坐标系及零点调整

6．3．2 标定前测点偏置检测

6．3．3 机械手原始精度检测

6．3．4 标定数据计算分析

6．3．5 标定后机械手定位精度检测

6．4 本章小结

第七章 总结及展望

7．1 总结

7．2 展望

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间取得的研究成果