可重构混联机械手模块——TriVariant的精度设计与运动学标定方法研究

摘要

本文密切结合开发新型制造装备的需要，系统研究了可重构5坐标混联机械手模块TriVariant的误差建模、精度综合、运动学标定等问题，旨在构建集精度设计与运动学标定于一体的几何精度保证体系。本研究取得了如下创造性成果： ⑴利用矢量链分析法和误差分离技术，分别构造出TriVariant和Tricept机械手的误差模型，研究了一类具有恰约束支链并联机构的误差建模方法，并得到由无约束UPS主动支链的制造和装配误差所引起的末端位姿误差为可补偿误差，而恰约束UP支链的制造和装配误差一定对末端的不可补偿姿态误差有所贡献的重要结论。研究结果表明，对于等同的任务空间和相同的尺度参数，TriVariant和Tricept机械手具有相近的精度性能。 ⑵以TriVariant机械手为对象，提出了一种适合含恰约束支链少自由度并联机构的灵敏度分析方法，该方法物理意义明确，所得结果能够指导该机械手的设计、加工和装配。 ⑶系统研究了一种基于球杆仪检测信息的并联机构运动学标定方法，首先建立了球杆仪测量值与影响机械手末端可补偿位姿误差的几何误差源的映射模型。然后以误差参数辨识矩阵条件数为评价指标，探讨了合理设置球杆仪安装位置和数目的方法。最后以TriVariant机械手为对象，通过计算机仿真和实验验证了所提出运动学标定方法的可行性和有效性。 ⑷以一种具有较大工作空间/支链行程比的新型5自由度混联机械手模块TriVariant-B为对象，研究了以安装在U支链连架虎克铰的两个回转轴上的角度编码器作为检测设备的运动学标定方法，提出了修正模型参数法和补偿输入法。所提出的方法具有良好的经济性和容易获得在线的精度补偿等优点。

目录

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第一章 绪论

1.1 课题研究背景和意义

1.2 国内外研究状况

1.2.1误差建模与精度综合

1.2.2运动学标定

1.3 本文主要研究内容

第二章 误差建模与精度预估

2.1 引言

2.2 TriVariant几何误差源分析和误差映射函数

2.2.1约束方程

2.2.2姿态误差映射模型

2.2.3位置误差映射函数

2.3 Tricept几何误差源分析和误差映射函数

2.3.1约束方程

2.3.2姿态误差映射模型

2.3.3位置误差映射函数

2.4精度性能评价指标

2.5算例

2.6小结

第三章 灵敏度分析与精度综合

3.1 引言

3.2灵敏度分析与精度综合

3.3 TriVariant机械手灵敏度分析和精度综合

3.4算例

3.5小结

第四章 基于球杆仪检测信息的并联机构运动学标定

4.1 引言

4.2参数辨识基本原理

4.3基于球杆仪检测信息的参数辨识模型

4.3.1建立参数辨识模型

4.3.2静磁座安装位置的选取原则

4.3.3误差补偿

4.3.4 TriVariant机械手的参数辨识模型

4.4计算机仿真

4.5 实验

4.5.1主动支链零点和转头位置的调整

4.5.2运动学标定实验

4.6 小结

第五章 TriVariant-B自标定方法研究

5.1 引言

5.2 TriVariant-B误差映射函数

5.3修正模型参数法

5.3.1计算机仿真

5.4补偿输入法

5.4.1计算机仿真

5.5小结

第六章 全文结论

6.1 结论

6.2 工作展望

参考文献

作者在攻读博士学位期间参加的科研项目和完成的学术论文

致谢