機(jī)械臂作為一種環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)和靈活性高的柔性自動(dòng)化設(shè)備,在工業(yè)生產(chǎn)、醫(yī)療服務(wù)、搶險(xiǎn)救援、空間探索等領(lǐng)域已獲得了越來越廣泛的應(yīng)用。機(jī)械臂精度受到制造裝配誤差、關(guān)節(jié)間隙與遲滯、關(guān)節(jié)編碼器誤差以及環(huán)境變化等多種因素耦合影響,作用機(jī)理復(fù)雜,使得機(jī)械臂在精細(xì)作業(yè)等任務(wù)中受到極大限制。同時(shí),由于具有高負(fù)載自重比、操作靈活、功耗低等諸多優(yōu)點(diǎn),機(jī)械臂正朝著輕量化的方向發(fā)展,但其結(jié)構(gòu)的輕量化導(dǎo)致關(guān)節(jié)與臂桿的柔性加大,柔性誤差的存在對(duì)機(jī)械臂操作精度的提高帶來了新的難題。本文基于輕小型機(jī)械臂智能感知與智能控制課題需求,面向柔性機(jī)械臂開展運(yùn)動(dòng)學(xué)參數(shù)標(biāo)定及精度補(bǔ)償技術(shù)研究。具體包括柔性機(jī)械臂末端操作精度影響因素分析、柔性機(jī)械臂運(yùn)動(dòng)學(xué)參數(shù)標(biāo)定方法研究、柔性機(jī)械臂標(biāo)定用構(gòu)型優(yōu)化方法研究、機(jī)械臂精度補(bǔ)償軟件研制和實(shí)物實(shí)驗(yàn)。首先,研究影響柔性機(jī)械臂操作精度的相關(guān)因素及其作用規(guī)律。通過分析作用機(jī)理梳理出影響柔性機(jī)械臂末端操作精度的五大誤差源;通過建立各誤差源與柔性機(jī)械臂末端位姿誤差間的數(shù)學(xué)模型,分析誤差源對(duì)柔性機(jī)械臂末端操作精度的靈敏度�；�8自由度模塊化機(jī)械臂的仿真實(shí)驗(yàn)給出了各誤差源引起的柔性機(jī)械臂末端位姿誤差隨機(jī)械臂構(gòu)型變化的規(guī)律、以及各誤差源在柔性機(jī)械臂末端位姿誤差中的占比,為柔性機(jī)械臂運(yùn)動(dòng)誤差建模提供了依據(jù)。其次,面向誤差源導(dǎo)致的柔性機(jī)械臂運(yùn)動(dòng)學(xué)參數(shù)失準(zhǔn)問題,研究柔性機(jī)械臂運(yùn)動(dòng)學(xué)參數(shù)標(biāo)定方法�；贛DH運(yùn)動(dòng)學(xué)模型,推導(dǎo)機(jī)械臂幾何誤差與末端位姿誤差間的映射關(guān)系,建立機(jī)械臂幾何誤差模型;基于機(jī)械臂關(guān)節(jié)和連桿的受力分析,推導(dǎo)機(jī)械臂柔性誤差與末端位姿誤差間的映射關(guān)系,建立機(jī)械臂柔性誤差模型;基于幾何誤差模型和柔性誤差模型建立柔性機(jī)械臂運(yùn)動(dòng)誤差模型,并設(shè)計(jì)適用于柔性機(jī)械臂的運(yùn)動(dòng)學(xué)參數(shù)標(biāo)定方法。所提出的標(biāo)定方法能夠在柔性誤差影響下準(zhǔn)確求解出機(jī)械臂運(yùn)動(dòng)學(xué)參數(shù)。再次,面向不同構(gòu)型間誤差映射能力的差異而導(dǎo)致的使用隨機(jī)構(gòu)型標(biāo)定效果不佳的問題,研究柔性機(jī)械臂標(biāo)定用構(gòu)型優(yōu)化方法。在分析影響運(yùn)動(dòng)學(xué)參數(shù)標(biāo)定精度因素的基礎(chǔ)上,建立了能夠綜合反映構(gòu)型組觀測(cè)能力和全局性的構(gòu)型組質(zhì)量評(píng)價(jià)指標(biāo);基于平均指標(biāo)建立了運(yùn)動(dòng)學(xué)參數(shù)標(biāo)定用構(gòu)型優(yōu)化模型并設(shè)計(jì)了優(yōu)化方法,使用該方法獲得的標(biāo)定構(gòu)型組能有效提高運(yùn)動(dòng)學(xué)參數(shù)的標(biāo)定精度。最后,設(shè)計(jì)并開發(fā)了機(jī)械臂精度補(bǔ)償軟件,并開展了基于8自由度模塊化機(jī)械臂的實(shí)物實(shí)驗(yàn)。所設(shè)計(jì)的軟件能夠有效結(jié)合本文的理論成果并應(yīng)用于實(shí)際機(jī)械臂的標(biāo)定中,進(jìn)一步驗(yàn)證了本文所提方法和所研制軟件的實(shí)際應(yīng)用性。
【學(xué)位單位】：北京郵電大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2019
【中圖分類】：TP241
【部分圖文】：

標(biāo)。機(jī)械臂定位精度可以劃分為絕對(duì)定位精度和重復(fù)定位精度兩個(gè)類別對(duì)定位精度反映了機(jī)械臂對(duì)指定目標(biāo)位置的逼近程度，重復(fù)定位精度反臂對(duì)同一任務(wù)的重復(fù)執(zhí)行質(zhì)量。然而機(jī)械臂精度受到制造裝配誤差、關(guān)遲滯、關(guān)節(jié)編碼器誤差以及環(huán)境變化等多種因素耦合影響，作用機(jī)理復(fù)雜者們?cè)谡`差源梳理方面的工作均是針對(duì)具體機(jī)械臂展開的，一般機(jī)械臂差源分析方法還有待研宄；而在誤差源建模方面，現(xiàn)有研究主要針對(duì)連差和關(guān)節(jié)間隙展開，對(duì)于影響機(jī)械臂精度的其他誤差源的建模還有待研此，本章首先將通過分析作用機(jī)理來梳理影響柔性機(jī)械臂操作精度的誤而針對(duì)各誤差源建立其數(shù)學(xué)模型，以分析各誤差源對(duì)機(jī)械臂末端操作精度；最后，本章以具體機(jī)械臂為例通過數(shù)值仿真分析各誤差源在機(jī)械臂誤差上的作用規(guī)律以及影響程度。逡逑于ＭＤＨ方法的柔性機(jī)械臂運(yùn)動(dòng)學(xué)建模逡逑ＤＨ方法采用《、ａ、Ｊ、０、五個(gè)參數(shù)對(duì)機(jī)械臂兩連桿之間的關(guān)系進(jìn)軸卜１逡逑Ｉ逡逑

l挾ㄒ邐嗔諏攪碩雜Φ墓瓜叩募薪牽莆亟謐牽唬�？与鬣似，同样泳捔x嫌諉枋魷嗔詮亟謚嵯咧淶募薪恰ｅ義系畢嗔詮亟誆黃叫惺�，相猎徹皆懩ＭＤＨ坐标系壤_跡玻彼盡８菟㈠義系模停模茸晗擔(dān)韃問木嚀逯導(dǎo)純煞獎(jiǎng)愕幕竦謾Ｆ渲校櫻�，．到之＾绕；＾辶x現(xiàn)嶁慕嵌齲唬幔櫻�，到轴平翌l木嗬耄唬拔擁結(jié)疲�，．謲恺转辶x系慕嵌齲唬次擁劍�，沿Ｚ，轴平翌l木嗬耄淮聳眗2＝0。逡逑當(dāng)相鄰關(guān)節(jié)平行或近似平行時(shí)，相鄰關(guān)節(jié)的ＭＤＨ坐標(biāo)系如圖２－２所示。此逡逑時(shí)，／？，．為繞｝＾軸旋轉(zhuǎn)的角度，其余參數(shù)與相鄰關(guān)節(jié)不平行時(shí)一致。逡逑軸Ｍ邐軸ｚ’逡逑N逡逑／邋平面邋ｇ＾邐；邐／逡逑圖２－２近似平行相鄰關(guān)節(jié)的ＭＤＨ坐標(biāo)系示意圖逡逑通過所建立的ＭＤＨ坐標(biāo)系及獲得的ＭＤＨ參數(shù)可以發(fā)現(xiàn)，對(duì)于相鄰平行關(guān)逡逑節(jié)，兩連桿坐標(biāo)系之間的變換關(guān)系被分解成了五個(gè)子變換，通過基于四個(gè)參數(shù)獲逡逑得的齊次變換矩陣的連乘可以獲得連桿坐標(biāo)系間的變換關(guān)系

以測(cè)量關(guān)節(jié)軸線垂直度或平行度時(shí)所取軸線的起始位置和終止位置所在平逡逑面為所考慮圓柱的上、下底面，在這兩個(gè)平面上各隨機(jī)地取一個(gè)點(diǎn)，記為點(diǎn)Ａ逡逑和點(diǎn)Ｂ，兩點(diǎn)的連接線即為實(shí)際可能的關(guān)節(jié)軸線位置，如圖２－３所示。其中，０，逡逑和0２為所考慮的圓柱的上下底面的圓心，０Ｘ７Ｚ為關(guān)節(jié)軸線無偏移時(shí)的關(guān)節(jié)坐標(biāo)逡逑系，0＇Ｘ’ｙ’ｚ’為關(guān)節(jié)軸線偏移后的實(shí)際坐標(biāo)系。逡逑Ｉ邐／逡逑］—逡逑Ｉ邋Ｉ邋／逡逑ｊ邋／逡逑▲逡逑ｌ２邋±逡逑ｔ邋Ｔ逡逑／邐Ｉ逡逑／邐Ｉ逡逑圖２－３關(guān)節(jié)軸線偏移引起的坐標(biāo)系微分變化逡逑若裝配處的垂直度或平行度公差值為ＡＰ邋，則所考慮圓柱的上下底面半徑為逡逑ＡＰ／２。Ａ、Ｂ兩點(diǎn)分別為上下底面上隨機(jī)的一點(diǎn)，將Ａ、Ｂ距圓心的距離分別記逡逑為Ｈ和｜ｒ２｜，邋＾和〃２的選取應(yīng)服從正態(tài)分布且遵循原則，ｇ［］；＾ａｒ２應(yīng)滿足逡逑ｒ】，２邋ｅ［－Ａ／ｙ２，ＡＰ／２］逡逑／邋／邐，邋、，、邐（２－１３）逡逑／１

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