6-PSS并联机构误差分析及标定

为提高6-PSS并联机构的运动精度,需对其进行误差分析和标定研究。利用矢量法构建并联6自由度机构的误差模型,根据MATLAB计算得到机构的误差源对动平台末端位姿影响的灵敏度。对机构进行误差综合分析,结合运动学正解和逆解,提出一种新的基于机构坐标轴姿态约束的运动学标定方法。根据测量初始值,利用标定算法解算得到机构的标定值。借助外部检测设备测量得机构标定前和标定后的位移和角度误差,标定后位移误差由10mm减小到1mm,角度误差由0．3°减小到0．1°。以实际测量数据验证了该标定方法的有效性和正确性,并最终提高了并联机构的运动精度。     

三自由度并联姿态测量机构及其运动学参数最优化设计

提出了基于并联结构的三自由度姿态测量机构，将其连接到三自由度串联结构位置测量装置末端可以实现对被测物体六自由度位姿的综合测量。该测量机构克服了并联机构运动学正解的困难，得到运动平台姿态坐标参数的显式解。建立了基于全微分理论的姿态测量机构坐标参数误差模型，实现机构运动学参数的优化设计。误差因子分析使得机构运动学参数设计更为合理。     

3-RPS并联机构运动学标定方法的研究

针对六轴混联机床中因3-RPS并联机构结构参数误差引起的精度问题,分析了影响3-RPS并联机构几何精度的误差因素,给出了并联机构的误差模型;基于影响并联机构定平台运动精度较大的几何误差参数;建立了运动学标定模型.采用阻尼最小二乘法,经多次优化迭代实现了利用一组测量数据完成非线性超越矛盾标定方程组的求解.利用激光干涉仪完成了标定用数据的测量,通过3-RPS并联机构运动学逆解和各铰链的几何标定参数,得到动平台的实际位姿.通过对标定前后的Z轴定位精度的检测及实际零件加工试验,验证了3-RPS并联机构运动学标定模型和方法的正确性和有效性.     

基于线驱动并联机构的FAST馈源平台位姿测量方法

"中国天眼"——500 m口径球面射电望远镜(Five hundred meter aperture spherical radio telescope,FAST)日前已投入使用,其独创的光机电一体化馈源支撑方案使得结构重量降低2个数量级。在6根柔索对馈源舱进行初步定位的基础上,舱内的AB轴机构和精调Stewart平台支撑起馈源平台,并进行实时位姿补偿以实现馈源对天文目标的高精度跟踪。为避免通过各级驱动关节反馈值计算馈源平台位姿时,不能反映杆件弹性变形、铰链间隙引入的馈源平台误差,提出一种基于线驱动并联机构的馈源平台6自由度位姿直接测量方法,研究了测量系统的数学模型,利用机构构型的特点简化了线驱动并联机构的位姿正解算法。通过将简化后的位姿正解算法与传统6自由度机构位姿正解算法进行对比,验证了该方法的有效性和实时性;进一步分析了基于该方法的测量系统误差来源,得出了机构参数的误差映射关系。数值仿真结果表明:基于线驱动并联机构6自由度位姿测量系统具有误差平均效应,通过拉线连接点优化布局能够达到0.5 mm和0.025°的测量精度。     

平面柔性3-RRR并联机构自标定方法

平面柔性并联机构具有柔性机构和少自由度并联机构两者的优点,是当前研究的热点之一.提出并验证一种简单、有效的平面柔性3-RRR并联机构自标定方法.从误差建模出发,利用矢量链法推导出标定参数辨识方程.借助静平台上的标准定位圆孔,通过仪器对拉线式编码器(线尺)进行标定,进而利用线尺在线地测量、记录机构运行中的实际位姿,结合数控系统中的理论轨迹,辨识出系统模型误差.根据辨识结果对控制模型进行补偿,使平面柔性3-RRR运动平台轨迹误差得到了明显的减小,有效提高了机构的精度,完成了利用线尺进行机构自标定方法的研究.由于测量工具和建模方法通用性强,且具有在线实际位姿测量能力,该试验研究为平面柔性少自由度并联机构的自标定提供了一种切实可行的解决途径,同时为全闭环控制提供了可行的测量方法.     

并联嵌入式六自由度位姿传感器的设计与精度分析

以6SPS并联机构为原型,分析其运动学正反解。利用欧拉法预估并校正位姿,提出一种并联式六自由度位姿传感器,阐明其测量原理。借助雅可比矩阵建立误差模型,分析测量误差对位姿精度的影响,并采用拉线式编码器设计嵌入式六自由度位姿传感器。而后通过实验对该位姿传感器的精度进行检验,并成功应用于500 m口径球面射电望远镜馈源舱动态补偿模拟装置中。     

3-PPPS并联机翼调姿机构运动学标定

为解决一种3-PPPS并联机翼调姿机构因制造、装配过程中存在的误差因素所引起的调姿精度不高的问题,考虑了调姿系统结构误差因素对调姿机构位姿精度的影响。采用空间矢量链建立机翼部件调姿位移逆解方程,通过微分机构运动学方程,得到包含39项误差源的调姿机构位姿误差与几何误差之间的映射方程。利用激光跟踪仪测量调姿机构测量机翼参考点位置和定位器各轴的实际驱动量。通过最小二乘迭代法辨识出定位器结构误差,修正定位器反向驱动位移求解参数。经过运动学标定实验后,调姿平台的位置最大误差由2.68 mm降为0.82mm,角度最大误差由0.481°降为0.167°,从而验证了标定方法的有效性。     

并联机构动平台的六自由度位姿检测机构

介绍了并联机构动平台的六自由度位姿检测机构的组成结构和工作原理;介绍了光栅尺测量系统,对其误差来源进行了分析,对主要零部件的设计进行了优化以保证其测量精度;采用牛顿迭代法解算并联机构的运动学正解,通过实验验证了其测量精度的可靠性和实时性。     

一个特殊3自由度并联机构的精度分析及标定

运动学标定是一种提高机器精度的有效方法。一个改进的误差分析和标定方法得到仿真验证,解决一个用做锻压操作机台虎钳的特殊3自由度并联机器的标定问题。通过建立运动学正解和逆解模型,得到机构的运动空间并对机构进行运动学精度分析,得到机构所有误差源对终端位姿误差的影响因子。结合零部件加工工艺性及精度分析的结果,确定需要标定的误差源,并利用直接微分法得到机构的雅可比矩阵。随机选点建立误差辨识矩阵对机构运动学参数进行标定辨识,Matlab仿真结果显示,经过1次运算得到的运动学参数误差的辨识值与真值之间的偏差小于5%,验证了针对这一特殊3自由度并联机器的精度分析和标定方法的有效性。     

基于三坐标测量机的球面5R并联机构运动学标定研究

基于D-H参数建立了包含球面5R并联机构全部结构参数的标定用位置反解模型。建立了该机构位置和姿态运动学标定模型,结合实际样机进一步得到了标定简化模型,简化了参数辨识与补偿计算过程。通过三坐标测量机确定了球面机构的近似球心,并以此为原点建立了测量坐标系,从而实现了测量参考系与运动参考系的统一,便于末端执行器位姿的测量。通过标定实验,验证了该方法能够提高球面并联机构的绝对精度。     

Kinematic calibration of gantry hybrid machine tool based on estimation error and local measurement information

This paper presents the kinematic calibration of a four degrees-of-freedom (DOF) hybrid machine tool based on a novel planar 3-DOFs parallel mechanism and a long movement of the worktable. Closed-form solutions are developed for both the inverse and direct kinematics about the parallel mechanism. The error model is built and the mechanism accuracy is investigated. Two types of kinematic calibration method are proposed by a simple measurement device. The first type of calibration method is based on estimation error, and can easy improve the machine tool accuracy quickly by estimating the error trends. The second type of kinematic calibration method is based on local measurement information, which includes the position errors and does not include the pose errors of the machine tool. The calibration tests showed the effectiveness of the calibration methods, which can be useful for the similar types of parallel machine tool.     

阵地地貌反求测量中像机标定技术研究

针对阵地地貌测量重构中相机参数标定问题,基于像机的内参数模型,提出了一种多相机并联阵地地貌测量标定方法。该方法基于主动视觉原理,利用测量支架在线性独立位置安装四部相机,并采用并联装置驱动相机同时拍摄,从而实现与三次独立线性平移效果相同的拍摄。根据该标定方法设计了阵地地貌测量标定实验,实验结果表明fu /fv的相对误差小于3.87%,u0、v0绝对误差在4个像素的范围内,s的变化范围在3倍以内,该方法适合于阵地地貌测量的方便、快捷标定。     

基于单拉线编码器测量系统的几何标定及精度分析

提出一种基于单拉线编码器测量系统的几何误差标定方法,通过在测量系统引入被测点位姿参数建立位姿求解模型,基于闭环矢量链建立测量系统误差辨识模型,采用最小二乘法对几何误差参数进行辨识。验证实例表明,标定后测量系统中几何参数最大绝对误差只有1×10^-8 μm,从而证明标定算法的有效性与高精度。进一步分析测量系统中动滑轮圆周度和转轴角度误差,拉线弹性变形,拉线编码器误差对测量系统精度的影响。分析结果表明,当拉线编码器的测量误差为0.0046 mm,动滑轮的转轴误差为0.1°时,最优标定点数目为35个,测量系统的测量误差最大为0.037 mm。     

悬臂式掘进机视觉位姿检测系统外参标定方法

当前巷道掘进过程中高粉尘、低照度等因素严重影响外参标定精度。针对以平行激光线为特征的悬臂式掘进机位姿检测系统外参标定难题,提出一种基于数字全站仪的系统外参标定方法,详细分析系统外参标定误差对测量系统的影响。通过建立视觉位姿测量系统中各模块之间的坐标转换关系,对系统外参标定原理进行数学建模,利用全站仪位姿检测方法得到全站仪系统外参标定结果下机身相对于巷道的位姿,对普通外参标定结果得到的机身相对于巷道位姿进行精度评价。实验结果表明:悬臂式掘进机全站仪系统外参标定方法位置测量误差在 ± 3 mm内,姿态角角度测量误差在0.08°内;利用全站仪系统外参标定方法得到精度结果: x、y和z方向的位置平均误差分别提高了13.073 mm、21.511 mm和18.159 mm,偏航角、俯仰角和姿态角的角度平均误差分别提高了0.225°、0.246°和0.246°。     

Offline and online strategies to improve pose accuracy of a Stewart Platform using indoor-GPS

The pose accuracy of a robot manipulator may be improved by assessing and correcting systematic errors. Both offline and online strategies can be considered. To date, there has not been a solution for the online pose error correction of parallel manipulators. Moreover, offline strategies using indoor-GPS as reference measurement system have not yet been investigated. In this paper an optimization-based kinematic calibration method and an online correction technique are proposed and implemented for a low-cost Stewart Platform. In both cases, an indoor-GPS system was used as reference measurement equipment. Performance of both strategies are compared to a kinematic calibration method based on direct parameter measurement. Pose errors are evaluated for each strategy using a robotic total station. Performance of the optimization-based calibration and the online correction technique were similar and better than the direct parameter measurement calibration. Both techniques resulted in average pose errors less or equal to 0.3 mm and 0.05°. The proposed strategies may be adapted to other similar parallel manipulators and are applicable to large sized equipment.     

图像式角位移测量的光栅偏心度监测系统

图像式角位移测量装置中,光栅的安装偏心标定结果直接影响着角位移测量的精度。为此,本文设计了一种用于调试图像式角位移测量装置光栅偏心度的系统。首先,根据图像式角位移测量机理,提出了基于线阵图像传感器的标定光栅偏心度监测原理;然后,在图像传感器上建立了偏心调试监测信号的模型,并提出存在偏心时偏心监测信号的变化机理;最后,对某型号角位移测量装置进行了实验,并给出了调试建议。实验表明,经过调节误差均方差由1017″降低到12.8″。本文设计的偏心监测系统能够实现对标定光栅的高精度安装调试,提高了图像式角位移测量装置的批量生产效率。     

Analysis and evaluation of objective functions in kinematic calibration of parallel mechanisms

This paper analyses different objective functions for the parameter identification of parallel mechanisms and studies the influence in the position and orientation errors to improve their accuracy. A new objective function considering deviation terms is presented. This function is compared with other widely used functions and the advantages and disadvantages of each function are presented. The geometric parameter identification is performed by external calibration by means of the direct kinematic model. First, the objective functions are defined considering error position, error orientation and deviations in measurement. These functions compare the measured and calculated moving platform coordinates in order to obtain the identified model parameters that minimize this difference. The measured coordinates are obtained by measuring three sphere centres, fixed to the moving platform of a parallel mechanism, and the computed coordinates are given by the kinematic model. Second, the model is solved by the Levenberg–Marquardt algorithm for a number of identification positions. Finally, the calibration is verified in test positions. The results obtained show that the consideration of the deviations in measurement in the objective function with respect to classical approaches allows us to better identify those kinematic parameters corresponding with passive joints that cannot be measured. These findings confirm that a suitable objective function can improve the mechanism accuracy by more than one order of magnitude in both position and orientation errors.     

新型过约束正交并联六维力传感器测量模型与静态标定试验

面向航空航天领域对重载大吨位多维测力传感器的急需,通过引入冗余测力分支,提出一种适用于重载测力场合的新型过约束正交并联六维力传感器结构,在提高传感器结构刚度和承载能力的同时有效抑制了关节摩擦对多维力传感器测量精度的影响。基于螺旋理论,推导得到了该并联传感器一阶静力影响系数矩阵,建立理想状态下该新型过约束正交并联六维力传感器测量数学模型。考虑各测量分支的初始预紧力与刚度,基于传感器静力平衡方程与补充建立的位移协调方程,推导建立考虑初始预紧力与分支刚度因素下该新型过约束正交并联六维力传感器测量数学模型。在此基础上,设计并研制该新型过约束正交并联六维力传感器样机,搭建传感器加载标定与信号采集及处理试验系统,对新型过约束正交并联六维力传感器进行了加载标定试验。根据试验结果计算了传感器测量误差矩阵,分析得到了传感器测量精度,从而为重载过约束并联六维力传感器的开发与应用提供了参考。     

并联机器人的标定建模

并联机器人标定时测量数据的参考系与其运动参考系不一致将导致系统误差的产生,通过改进标定建模方式将两个参考系统一,并用数值模拟一5自由度并联机器人的标定过程,对比其结果发现改进模型可以完全消除测量的系统误差对并联机器人标定精度的影响,进一步提高并联机器人的标定精度。这种标定建模方式具有很高的实用价值。