六自由度捕获轨迹试验机构运动学标定及补偿研究

摘要

捕获轨迹试验(CTS)是一种风洞特种试验技术，用于模拟分离体与母机分离以后的实际运动轨迹，捕获轨迹试验所预测轨迹的精度很大程度上取决于试验机构的运动精度。本文针对国内某风洞捕获轨迹试验机构进行了运动学误差参数标定与补偿技术的理论和实验研究，本文的主要工作如下：　　①针对捕获轨迹试验机构的具体几何结构进行分析，利用 D-H 法建立了机构的运动学正逆解，同时，针对机构中的偏航和俯仰机构特定的直线变圆弧机构推导了局部的正逆解方程。　　②结合捕获轨迹试验机构的实际情况分析了影响机构末端定位精度的误差源。由于运动学参数的几何误差是机构的主要误差来源，推导了局部的直线变圆弧机构误差模型，基于微分法和摄动法分别推导了机构整体的误差参数模型。　　③利用奇异值分解求广义逆矩阵的方法求解局部的直线变圆弧机构的误差参数。提出一种基于微分法逐轴辨识D-H误差参数的方法，然后利用牛顿迭代法逐轴求解机构的D-H误差参数。对机器人的补偿算法进行了研究，介绍了直接补偿法，推导了正运动学补偿法以及逆运动学补偿法的补偿方程，利用Matlab对正运动学补偿法以及逆运动学补偿法进行了仿真分析，并对比了两种补偿算法的补偿效果。　　④为了验证捕获轨迹试验机构误差参数模型以及微分法的逐轴辨识 D-H 参数原理的正确性，本文进行了捕获轨迹试验机构的标定与补偿实验研究，利用激光跟踪仪作为测量仪器对捕获轨迹试验机构的D-H误差参数标定，得到试验机构的误差参数，根据误差参数得到运动学参数的实际值，写入机构的控制系统的正逆解程序中进行误差补偿，对比补偿前和补偿后的机构末端定位精度，补偿后的末端定位精度得到显著提高，证明标定算法以及补偿算法的有效性。

目录

1 绪 论

1.1研究背景

1.2国内外研究现状

1.2.1 捕获轨迹试验研究现状

1.2.2 机器人运动学标定研究现状

1.3本文研究内容

2 捕获轨迹试验机构运动学分析

2.1 引言

2.2.1 试验机构机械台体介绍

2.2.2 捕获轨迹试验机构控制系统介绍

2.2.3 机构精度指标

2.3 六自由度机构运动学建模

2.3.1 机器人D-H建模法

2.3.2 捕获轨迹试验机构运动学模型

2.4本章小结

3 捕获轨迹试验机构误差模型研究

3.1 引言

3.2.1 机器人误差来源

3.2.2 捕获轨迹试验机构误差分析

3.3 捕获轨迹试验机构运动学误差模型的建立

3.3.1 直线变圆弧机构误差参数模型

3.3.2 末端位姿的微分误差参数模型

3.3.3 末端位姿的摄动法误差参数模型

3.4本章小结

4 捕获轨迹机构误差参数辨识与误差补偿研究

4.1 引言

4.2 牛顿法求解非线性最小二乘问题

4.3 基于微分法误差模型的逐轴辨识D-H参数原理

4.4.1 直线变圆弧机构参数辨识

4.4.2 基于牛顿法的运动学参数辨识

4.5 误差补偿研究

4.5.1补偿算法研究

4.5.2补偿算法仿真分析

4.6 本章小结

5 捕获轨迹试验机构参数标定与误差补偿实验研究

5.1 引言

5.2 机器人末端精度评估原理

5.3.1 实验仪器

5.3.2 实验流程

5.3.1 参数标定试验

5.3.2 标定后检验

5.5 本章小结

6 总结与展望

6.1 全文总结

6.2 展望

参考文献

附录

A 作者在攻读学位期间取得的科研成果目录

B 学位论文数据集

致谢

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