采用双RBF神经网络控制的机械手末端位姿研究

为了提高并联机械手末端位姿定位精度和数控机床加工精度,采用双径向基函数（RBF）神经网络控制器,并对机械手定位误差进行仿真验证。给出平面并联机械手运动装置简图,分析并联机械手末端运动位置,推导出执行器运动速度和加速度方程式。设计并联机械手双RBF神经网络控制器,采用Matlab软件对并联机械手运动位姿进行仿真,并与单RBF神经网络控制器进行对比。结果显示：在单RBF神经网络控制器作用下,并联机械手横向位移、纵向位移和平台角位移跟踪误差较大;在双RBF神经网络控制器作用下,并联机械手横向位移、纵向位移和平台角位移跟踪误差较小。采用双RBF神经网络控制器,可以提高并联机械手末端位姿定位精度,从而提高数控机床的加工精度。     

二维位置敏感探测器(PSD)自动测试系统

为了实现对大尺寸二维位置敏感探测器(PSD)的性能标定,设计了基于LabVIEW的PSD自动测试系统.驱动步进电机以1mm步长对PSD光敏面进行扫描,并采集电压值计算激光光斑的位置.应用二元二次多项式法建立光斑位置测量值和实际值的计算模型,由此得出二维PSD非线性校正函数,使测量误差显著减小,较大地扩展了二维PSD的测量范围.     

危险弹药机器人机械手运动学仿真分析

运用D-H方法建立危险弹药机器人机械手运动学模型;采用蒙特卡罗方法求解机械手末端执行器的位置向量集合;在Matlab环境下,用点云图描绘出机械手工作空间。运用Robotics Toolbox对机械手进行运动学仿真,仿真出机械手末端执行器运动轨迹曲线、关节运动曲线和速度曲线,从而验证参数设计的合理性,也为进一步研究机器人的动力学、轨迹规划打基础。     

双机械手协同运动模型及其工作空间分析

基于双机械手建立协同运动学模型,分析其最佳协调工作空间。首先,采用D-H变换矩阵法建立双机械手运动学模型,揭示机械手末端执行器在不同运动形态下笛卡尔坐标空间位姿与机械手各关节变量之间的转换关系;其次,利用MATLAB中Robotics Toolbox建立双RCX340机械手三维仿真模型,验证运动学模型的可靠性;最后,根据末端执行器的位置向量,采用蒙特卡洛法对双机械手的工作空间进行了分析,得到双机械手末端执行器的最佳协调工作空间,为双机械手协调轨迹规划提供了理论依据。     

基于图像分割模型的执行末端视觉跟踪策略研究

微操纵执行器末端位置的精确反馈在显微自动化操作中具有重要意义,而现有研究无法克服在复杂干扰环境下执行器末端精确跟踪的问题。针对上述提到的问题,提出一种基于语义分割模型的执行器末端位置检测跟踪方法。首先构建端到端的执行器图像语义分割模型,其次利用轮廓拐点检测算法在分割出的掩模图像中跟踪执行器末端位置,为了进一步提高算法在复杂环境中的跟踪精度及鲁棒性,利用二维卡尔曼滤波算法对遮挡情况进行处理,实现了执行器末端被遮挡时的位置跟踪。实验结果表明语义分割模型对执行器分割精度达到了62.4%,并且在复杂环境中对执行器末端位置跟踪的最大平均误差为1.51 pixels,为提升微末端执行器的操纵精度提供基础。     

双光斑重叠式PSD空间点位测量系统研究

针对空间点位测量的问题,设计了一种新型双光斑重叠式PSD空间点位测量系统。构建了测量系统的测量平台和运动控制平台,并将光电位敏传感器PSD作为测量系统测头上的靶标,形成了空间测量三角形,采用逐次逼近算法,使两个光斑在PSD上轮流交替跟踪,实现了测量系统的自动跟踪,并利用PSD对于光斑重心采集的原理,判断两光斑重合情况,进行了空间点位信息的采集测量。以某型航空发动机8级涡轮转子叶片为测量对象,用三坐标测量机和本测量系统分别对其进行了测量对比试验。研究结果表明,测量系统对距离测量系统1.5 m远处,对目标点的测量偏差为亚mm级,正向偏差维持在0.4 mm以内,负向偏差维持在-0.25 mm以内。     

激光能量分布对瞬态射角测试系统的影响分析

在测量瞬态射角时,针对激光器光源的多模结构会影响在PSD上输出坐标的问题,论文分别从PSD的数学模型和二维PSD对双光束的位置探测实验出发,来探究激光光斑对于瞬态射角测量精度的影响.结果表明光点的位置坐标与光点的能量分布有着密切的关系,为此设计一种特殊的激光器以减小这种影响.     

基于空间网格的三维激光球杆仪系统误差标定

三维激光球杆仪是一种空间坐标测量设备,由二维转台和径向伸缩机构组成。伸缩机构的末端固定有一个由测量目标磁吸并带动设备运动的标准球。伸缩机构的位移由光栅尺测量,二维转台的旋转角度由圆光栅测量,测量系统测得的坐标经坐标转换后可以得出被测目标的坐标。分析了系统的主要误差来源,采用多体系统误差建模方法建立了误差模型。最后基于几何误差模型非线性优化对设备的单项误差进行标定。经过误差补偿后,设备在测量范围内测量空间点的位置误差可以达到0.06 mm以内。     

基于QPD的二维角位移精密测量传感技术研究

为解决二维角位移高精度精密测量的问题,研究了一种基于QPD的二维角位移测量方法。以LED作为光源,低暗电流、高灵敏度的四象限光电探测器作为检测元件,采用光学杠杆式的测角方法形成测量系统。分析了光斑大小对测量结果的影响,并搭建高集成实验系统进行验证。测试实验结果表明:测角分辨力达到1″,在2mrad量程内,非线性度为0.18%,数据采集与传送延时为250μs。该方法可用于精密光机系统,以便高精度实时监测高速运动元件的二维角运动。     

基于卡尔曼滤波的激光外差干涉位移测量误差补偿

针对激光外差干涉仪测量过程中测量镜随被测对象旋转而导致的位移测量误差,提出了一种基于卡尔曼滤波的激光外差干涉位移测量补偿方法。根据测量镜转角和测量光束光斑位置变化对应关系,利用位置敏感探测器(PSD)和位置电压信号卡尔曼滤波方法测得降噪后的光斑位置变化,从而获得更为准确的转角测量结果,最后根据转角与位移的解耦数学模型利用测得的转角进行位移补偿。为验证滤波算法和位移补偿方法的可行性和有效性,搭建激光外差干涉测量实验装置,分别进行光斑位置稳定性测量实验、角度测量验证实验和激光外差干涉位移测量补偿实验。实验结果表明：经卡尔曼滤波降噪后系统装置测得的光斑位置抖动标准差从0.52μm降至0.18μm,测量的转角与索雷博六自由度转台的转角偏差在±1.38×10^-4°内,对M-531. DD线性导轨200 mm量程内的位移和转角进行测量,将测得的转角进行位移补偿后,系统的位移测量结果与M-531. DD线性导轨位移的标准差从1.55μm减小到0.29μm。     

基于旋量理论的被动式跟踪测量系统误差分析与补偿

被动式跟踪测量系统由一个二维旋转平台和一个径向伸缩机构组成,用于测量目标的空间坐标。伸缩机构的末端固定有一个标准球,该标准球被目标磁吸,其径向位移由直线光栅尺测量。二维转盘的旋转角度由两个各自的圆形光栅测量。分析了被动式跟踪测量系统的主要误差来源,基于旋量理论建立了误差模型。最后,利用三坐标测量检测误差模型的补偿效果。经过误差补偿后,被动式跟踪测量系统在450×450×200mm空间的最大测量误差降低到132.2μm。     

高速并联机械手PTP动作优化设计

高速并联机械手轨迹规划的目标为在给定位移与最大加速度的前提下,优化其末端执行器的运动轨迹,使得其运行时间和机械振动趋于最小。本文介绍了一种修正梯形的运动规律,并针对机械手PTP操作的典型工况作柔性路径优化,确定出了一种适合高速并联轻型机械手快速高精度PTP操作的最佳运动轨迹。     

基于PSD的激光微位移测量系统

介绍了一种基于二维位置敏感探测器PSD的激光光斑位置测量系统。与传统的方法相比,该系统改进了硬件和软件设计方法来实现PSD外围信号处理,它可以测量微米级位置的移动,实验结果表明系统测量精度在5μ之内。     

基于位置敏感探测器的六自由度精密位姿测量系统

位置敏感探测器(Position Sensitive Detector,PSD)是一种高精度的二维位移测量传感器,利用三片二维PSD的组合实现空间六自由度相对运动的位移和角度测量。测量系统主要包括三片PSD传感器(包括PSD光敏面和发光管)、低噪声的信号调理和AD采集电路,采用三片PSD正交布局方案,通过PSD光敏面的光点位置计算相对运动的位移和角度。设计了六自由度的PSD标定测试系统,用于PSD测量系统中心偏移和发光管安装误差的标定测试。测试结果表明,PSD测量系统的测量范围优于位移±10mm、角度±2.5°,标定后PSD测量系统的噪声误差为位移0.1mm、角度0.02°,测量系统的绝对位移误差小于0.5mm、角度误差小于0.14°,满足系统0.5mm和0.5°的指标要求。此外,对PSD传感器的环境适应性进行了评估。PSD测量系统具有量程宽、精度高、线性度好的优点,成功应用于天舟1号货运飞船微重力主动隔振装置的相对运动测量中。     

救援机器人中机械手运动轨迹的计算仿真

机械手是救援机器人的执行部件,救援作业主要依赖于机械手的运动。以自行研制的救援机器人为研究对象,建立正运动学方程,求解出机器人各运动构件与末端执行器在空间的位置关系,并在ADAMS中建立机械手参数化虚拟样机,对运动轨迹进行仿真。与计算结果对比验证,证实了采用ADAMS仿真技术对运动学方程解验证的可行性。     

基于ADAMS的桁架式三自由度伺服机械手路径规划和仿真

针对运动规律要求不高的工况,可利用ADAMS动力学仿真技术快速解决机械手轨迹规划问题。以三自由度伺服机械手为对象,构建机械手仿真模型,通过给定机械手末端执行器运动轨迹为空间螺旋线,反求各关节运动参数,并对机械手工作性能做出合理分析。     

救援机器人中机械手运动轨迹的计算仿真

机械手是救援机器人的执行部件,救援作业主要依赖于机械手的运动.以自行研制的救援机器人为研究对象,建立正运动学方程,求解出机器人各运动构件与末端执行器在空间的位置关系,并在ADAMS中建立机械手参数化虚拟样机,对运动轨迹进行仿真.与计算结果对比验证,证实了采用ASAMS仿真技术对运动学方程解验证的可行性.     

一种基于PSD的非接触二维位置测量系统

文中提出了一种非接触二维位置测量系统，该系统采用PSD作为传感元件，以MCS51单片机为核心，对成像于PSD感光面的光斑位置进行测量。介绍了测量原理，推导出二维坐标计算公式，并对系统进行精度分析。该系统具有简单、通用性较好、准确度高且能实现非接触测量的特点。     

基于模板匹配的目标点三维坐标值测量

针对机械手抓取的目标物其空间位置难以确定的现状，提出了在采集到的图像中利用模板匹配找到目标物，测定其中心点的坐标，并将其坐标值代入摄像头的成像模型中，进而算出该点的三维坐标值的方法。该方法具有精度高、适用性强的特点。实验结果表明，用该方法确定目标物位置，能够使机械手抓取达到所需的精度要求。     

基于射影几何的目标点三维坐标值测量

针对机械手抓取的目标物其空间位置难以定位的现状提出如下方法：在由双摄像机采集到的两幅图像中利用模板匹配找到目标物,测定其中心点的图像坐标,将其坐标值代入摄像机的成像模型中进而算出该点的三维坐标值。该方法具有精度高、适用性强的特点。实验结果表明,用该方法确定的目标物位置能够达到机械手抓取所需的精度要求。