Optimal measurement configurations for kinematic calibration of six-DOF serial robot

An optimal measurement pose number searching method was designed to improve the pose selection method.Several optimal robot measurement configurations were added to an initial pre-selected optimal configuration set to establish a new configuration set for robot calibration one by one.The root mean squares (RMS) of the errors of each end-effector poses after being calibrated by these configuration sets were calculated.The optimal number of the configuration set corresponding to the least RMS of pose error wa...     

Step kinematic calibration of a 3-DOF planar parallel kinematic machine tool

This paper presents a novel step kinematic calibration method for a 3 degree-of-freedom (DOF) planar parallel kinematic machine tool, based on the minimal linear combinations (MLCs) of error parameters. The method using mapping of linear combinations of parameters in error transfer multi-parameters coupling system changes the modeling, identification and error compensation of geometric parameters in the general kinematic calibration into those of linear combinations of parameters. By using the four theorems of the MLCs, the sets of the MLCs that are respectively related to the relative precision and absolute precision are determined. All simple and feasible measurement methods in practice are given, and identification analysis of the set of the MLCs for each measurement is carried out. According to the identification analysis results, a step calibration including step measurement, step identification and step error compensation is determined by taking into account both measurement costs and observability. The experiment shows that the proposed method has the following merits: (1) the parameter errors that cannot influence precision are completely avoided; (2) it reflects the mapping of linear combinations of parameters more accurately and enhances the precision of identification; and (3) the method is robust, efficient and effective, so that the errors in position and orientation are kept at the same order of the measurement noise. Due to these merits, the present method is attractive for the 3-DOF planar parallel kinematic machine tool and can be also applied to other parallel kinematic machine tools with weakly nonlinear kinematics. Supported by the “863” High-Tech Program of China (Grant Nos. 2006AA04Z204 and 2006AA04Z227), National Natural Science Foundation of China (Grant Nos. 50775118 and 50605041), the “973” Basic Research Project of China (Grant Nos. 2006CB705406 and 2007CB714000), and Tsinghua Basic Research Foundation (Grant No. JC200701)     

基于相对精度指标的机器人运动学校准

针对工业机器人在激光切割、弧焊等应用领域对相对精度的指标要求,结合鲁棒的极小极大优化理论,提出基于相对精度指标的运动学结构参数校准方法. 通过最小化3个靶球对应的最差相对定位误差,保障前、后两位型间的相对定向精度,构建包含约束的非线性优化问题;使用二次序列规划方法对原问题进行近似,通过主二元子梯度算法在满足不等式约束的条件下快速搜索局部最优解,实现对由于部件制造和装配等环节引入机器人结构参数误差的辨识. 进行补偿并精度验证后的实验结果表明,六轴机器人IRB2600的相对定位及定向精度分别提升了67.98%和24.32%,七轴机器人IRB14000分别提升了90.61%和74.61%.     

Kinematic calibration of a class of parallel kinematic machines (PKM) with fewer than six degrees of freedom

The accuracy of parallel kinematic machines (PKM), particularly machine tools is an important performance index. It has been acknowledged that kinematic calibration is a practical and economical way for enhancing the accuracy of PKM systems. The procedure usually involves four steps, i.e. error modeling, measurement, identification and implementation[1,2]. So far, most work on the kinematic calibration of PKM systems has focused upon the objects with six degrees of freedom (DOF)[3—13]. A…     

Traveling property of wheel-type pipeline robot with different configurations

In order to improve the travelling ability of the wheel-type pipeline robot in elbow section of pipeline,the model of drive ratios is proposed aiming at the pipeline robots with different configurations.Through the movement analysis of the robot with different configurations in elbow section,the pose model of the robot is established,and the coordinates of the wheel centers and the contact points can be got through the calculation of the pose model.Based on the pose model established,the corresponding drive ratios are obtained combining with the relations of the velocities of wheel centers and rotative velocities of wheels under the movement condition with no interference.The virtual simulations and prototype experiments are carried out,and the drive ratios accuracy of the model when the robot moved in elbow without interference is validated.     

晶圆传输机器人标定技术研究

为了提高高速高精度晶圆传输机器人的定位精度,建立了精度分析和运动学标定为一体的精度保障体系.针对机器人的特点,建立了误差模型,分析了各结构几何参数误差源的灵敏度,提出了结合几何误差迭代法和基于运动学逆解的非线性参数辨识的分步标定方法,对其进行了标定,并对几何结构参数进行了误差补偿.仿真分析以及实验证明:机器人定位误差达到0.07mm,有效地提高了机器人末端的定位精度.     

改进的工程机器人立体视觉标定方法

针对摄像机线性标定准确程度不高与非线性标定计算复杂等问题,以己知的三维信息为基础推导二维像素点对信息,提出了基于神经网络的三目立体视觉摄像机标定方法,构建了改进的BP神经网络模型,对比分析了两种摄像机标定方法的像素点对均方根误差。结果表明:采用改进的BP神经网络能够避免对摄像机进行非线性建模,有利于提高标定精度,增加系统的灵活性,更具有实际意义。     

FANUC弧焊机器人系统标定研究与实现

在多传感器信息应用的前提下，针对马鞍型焊缝工件首次提出了工件坐标系的三点标定方法．利用从机器人控制柜获取实际工件上的3个特殊点位置，通过VB编程完成了工件坐标系标定．在此基础上，采用FANUC公司的六点标定方法，对工具坐标系进行了标定，从而为机器人离线编程的进行提供了前提条件．试验表明，通过以上的系统标定，机器人的定位精度达到了±0．5mm，满足了工厂的实用要求．     

一般剪切带中运动学涡度的确定和构造意义

一般剪切带是简单剪切应变和纯剪应变的叠加 ,分为变窄的一般剪切带和变宽的一般剪切带 .使用DePaor的应变莫尔圆可以非常直观地描述和定义一般剪切带中运动学涡度 (Wk) ,运动学涡度为两个特征向量 (无旋转方向 )之间夹角 (ν)的余弦 .运动学涡度实际上反映了一般剪切带中简单剪切和纯剪切的相对份量 ,对于理想的简单剪切应变 ,ν=0°,Wk=1 ;对于纯剪切应变 ,ν=90°,Wk=0 ;在一般剪切带中 ,-90° <ν<90° ,0 <|Wk|<1 .在变窄的一般剪切带中 ,Wk为正 ;在变宽的一般剪切带中 ,Wk为负 .根据剪切带或糜棱岩中碎斑轴比 (R)和方位 (φ)及旋转方向在双曲线网上的投影 ,可以有效地确定剪切带中运动学涡度的值 .运动学涡度值不仅可以用来区分变窄的和变宽的一般剪切带以及理想的简单剪切带 ,而且对造山带的变形机制和体制的研究具有重要意义 .     

自主式移动机器人分布视觉组合导航多摄像机标定方法

根据分布视觉组合导航系统利用全局视觉对移动机器人进行绝对定位的要求,针对机器人远离摄像机时定位精度明显下降的问题,提出了适用于较大场景的多摄像机参数分区标定方法。在集合的概念下描述了移动机器人的整个工作区域与各个摄像机的有效区域的关系,建立了基于小孔模型的空间平面到摄像机像平面的透视变换矩阵的摄像机参数标定模型。通过4部摄像机在长9.6 m,宽6.4 m的区域内进行的标定实验和误差分析表明,该方法的整体平均误差仅为7.96 mm。     

并联六自由度机构运动学与动力学标定对比

为了研究并联六自由度机构不同标定方法的适用性,依据运动学标定和动力学标定,分别建立了并联六自由度机构的标定模型,并通过数值仿真对标定效果进行对比分析。结果表明：运动学标定方法对提高机构运动正解精度更为有效,正解误差比动力学标定的结果小4．9％,有利于传统的基于关节空间的并联机构控制策略;动力学标定方法对提高机构动力学模型精度更为有效,关节驱动力误差比运动学标定的结果小5～25 N,更适合基于工作空间的并联机构控制策略。     

Design of dead reckoning system for mobile robot

A dead reckoning system for a wheeled mobile robot was designed, and the method for robot＇s pose estimation in the 3D environments was presented on the basis of its rigid-body kinematic equations. After analyzing the locomotion architecture of mobile robot and the principle of proprioceptive sensors, the kinematics model of mobile robot was built to realize the relative localization. Considering that the research on dead reckoning of mobile robot was confined to the 2 dimensional planes, the locomotion of mobile robot in the 3 coordinate axis direction was thought over in order to estimate its pose on uneven terrain. Because the computing method in a plane is rather mature, the calculation in height direction is emphatically represented as a key issue. With experimental results obtained by simulation program and robot platform, the position of mobile robot can be reliably estimated and the localization precision can be effectively improved, so the effectiveness of this dead reckoning system is demonstrated.     

面向高温的NTC温度检测系统设计优化及标定

为利用负温度系数(NTC)热敏电阻实现定区间高温检测,提出一种基于期望相对温度跟踪控制策略的温度检测系统参数优化调整方法.利用NTC热敏电阻标称值,针对目标温度区间进行温度检测系统参数的初始优化设计;采用期望相对温度跟踪控制策略,确保该测温系统输出的稳态值分别处于上下边界附近;采用标准测温设备测量实际温度,并判断实测温度范围是否满足设计需求;如果不满足要求,计算与实际温度对应的NTC热敏电阻阻值,修订NTC参数,进而实现该温度检测系统的参数再调整;通过熔融沉积成型实验平台,进行了实验验证.实验结果表明,所提优化设计方法是有效的,实现了定区间高温检测系统优化设计,有利于提高温度检测系统的测量精度.     

水下船体表面清刷机器人移动机构的研究

为了实现机器人在水下船体表面上可靠吸附和灵活运动的功能,开展了水下船体表面清刷机器人移动机构的研究.介绍了水下船体表面移动机构的基本组成、工作原理和方案选择,对该移动机构进行了运动学建模,确定了运动学参数.分别在空气和海水介质中,对该移动机构进行了力学分析,确定了所需的磁吸附力.按照实际的需要,根据磁轮的吸附力,选择了永磁材料,设计了磁轮的结构参数.轮与机架采用弹性元件联接,使得移动机构具有被动柔顺的功能.由于磁轮外表面外套花纹橡胶环,增大了摩擦系数,保护易脆的磁环,使得该机构转弯灵活、不易打滑和吸附可靠.通过实验分析可知,该移动机构不仅适于水下船体表面上的运动,也适于水上船体表面上的运动.     

#br# NAO机器人的视觉伺服物品抓取操作

针对家庭环境中服务机器人物品的抓取问题,提出一种改进的基于位置的视觉伺服抓取算法。首先,利用Naomark标签完成对物体的快速识别,并通过世界平面单应矩阵分解对物体的位姿进行估计;然后,对NAO机器人的机械臂进行运动学建模,并分别设计单臂和双臂抓取的视觉伺服控制律;最后,为进一步提高抓取的稳定性和鲁棒性,对末端执行器进行路径规划。实验结果表明,本方法能够快速、稳定地抓取目标物品。     

汽车主销后倾测量模型误差分析及标定方法

针对四轮定位仪采用线性模型测量主销后倾的误差问题,建立了精确的测量模型。根据该模型得出影响主销后倾测量精度的因素为主销内倾、车轮外倾及转角盘转角。分析了由主销内倾产生的测量误差,得出当主销内倾大于10°时线性模型不能进行准确测量的结论。为解决无法检定校准四轮定位仪测量主销倾角结果的现状,提出了在汽车纵横两平面内主销倾角独立生成的检定原则,研发了四轮定位仪检定装置。试验表明:受检四轮定位仪当主销两倾角均大于15°时,其测量误差大于10′,存在零点和线性度系统误差,且系统误差随主销倾角的增大而增大,从而解决了测量主销倾角量值检定的问题。     

某姿态测量系统标定用转台指向误差补偿

为了提高某姿态测量系统的标定精度,研究了其标定设备三轴转台的指向误差补偿方法。分析了影响指向误差的因素;基于多体系统运动学基本原理,阐述了转台系统拓扑结构的低序体阵列;推导了相邻两体间的低序算子;进而建立了关于转台三个回转轴线平均线夹角的指向误差模型;通过仿真结果研究了各误差项对指向误差的影响规律;最后介绍了误差模型参数的测量方法。误差补偿实验验证了方法的有效性和可行性。     

基于惯性测量单元的欠驱动球形机器人惯性参数辨识

针对欠驱动球形机器人,提出基于惯性测量单元的惯性参数辨识方法。首先,根据Kane方法建立欠驱动球形机器人的动力学模型;其次,利用该模型中的三个欠驱动方程推导出球形机器人惯性参数辨识模型;最后,以一种新型的球形机器人为实验平台,根据安装在球形机器人框架上的惯性测量单元实测信息,对本文方法进行实验验证。实验结果表明,辨识结果具有合理性。该方法简单可行,为其他欠驱动机器人惯性参数辨识提供了一种新的思路。     

飞机主起落架载荷谱实测的台架标定

针对某战斗类飞机的主起落架自身结构和其受力特点,确定了测量其载荷时应变片粘贴位置及其组桥方式。根据航向载荷作用点的不同并考虑压缩行程的影响,提出了压缩行程影响因子,并把其引入标定方程,同时运用多元回归及优化方法建立标定载荷方程,由此得出实测载荷谱,为起落架的定寿延寿及可靠性设计提供了重要依据。