并联机构的运动学误差建模及参数可辨识性分析

发布时间：2021-05-07 13:44

　　运动学标定技术是提高机构绝对定位精度的有效手段,主要包括运动学误差建模,标定位形测量,参数辨识计算及定位精度补偿四个部分。其中,误差映射模型是机构运动学标定问题的基础,需要满足完整性、连续性与独立性准则,否则,会对参数辨识的计算效率、稳定性以及精度产生直接影响。因此,在一个完备的误差映射模型基础上进行运动学标定,是机构高精度作业的保障。目前对串联机构误差映射模型的相关研究已较为完善。然而,尚缺乏有效的误差建模方法建立同时满足以上三方面准则的并联机构误差映射模型,主要问题在于:1)在误差建模方面,多数并联机构的运动学正解难以通过解析形式进行表征,因此无法通过对其正向运动学方程求取一阶微分的方式建立误差映射模型;目前的建模方法多是在机构运动学逆解的基础上对闭环矢量方程求取一阶微分或者进行扰动分析,然而闭环矢量方程中无法保证包含所有的运动学参数,误差模型通常难以满足完整性要求;2)在误差参数的独立性判别方面,并联机构的闭环特性导致被动关节的协调运动对机构的误差传递规律造成了影响,增加了误差参数可辨识性的分析难度,目前对该问题的讨论多是通过数值方法,缺乏解析分析手段。此外,并联机构中包含大量的... 

【文章来源】：上海交通大学上海市 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校

【文章页数】：159 页

【学位级别】：博士

【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
    1.1 研究背景及意义
    1.2 国内外研究现状
        1.2.1 机构的运动学标定方法
        1.2.2 运动学误差建模及参数可辨识性分析方法
        1.2.3 多自由度关节结构误差对机构定位精度的影响
        1.2.4 机构运动学误差参数的求解算法
        1.2.5 研究现状总结
    1.3 研究目标及研究内容
        1.3.1 研究目标
        1.3.2 研究内容
第二章 满足完整性及连续性的并联机构运动学误差模型
    2.1 引言
    2.2 并联机构的运动学误差映射模型
        2.2.1 基于指数积公式的支链运动学模型
        2.2.2 支链的运动学误差映射模型
        2.2.3 局部与全局指数积公式下的支链误差模型关系
        2.2.4 被动关节协调运动项的消除
    2.3 并联机构运动学误差参数的辨识方法
        2.3.1 面向参数辨识的并联机构运动学数值算法
        2.3.2 并联机构运动学误差参数标定流程
    2.4 3 -PRRU并联机构运动学标定数值仿真
        2.4.1 3 -PRRU并联机构运动学分析
        2.4.2 3 -PRRU并联机构运动学误差建模
        2.4.3 3 -PRRU并联机构运动学标定数值仿真
    2.5 本章小结
第三章 并联机构运动学误差参数的可辨识性分析
    3.1 引言
    3.2 并联机构冗余误差参数的分析及消元
        3.2.1 基于矩阵零空间特性的误差参数可辨识性分析
        3.2.2 支链模型中冗余误差参数的分析及解析消除
        3.2.3 被动关节对误差参数可辨识性的影响分析
    3.3 常见多自由度运动关节的误差映射模型
        3.3.1 圆柱副(C)的误差模型
        3.3.2 理想万向铰链(U)及球铰链(S)的误差模型
    3.4 3 -PRRU机构运动学参数可辨识性数值仿真
        3.4.1 3 -PRRU机构运动学误差参数的可辨识性分析
        3.4.2 被动可测关节对运动学标定的影响
        3.4.3 U副制造误差对运动学标定的影响
    3.5 本章小结
第四章 并联机构运动学误差参数求解算法稳定性研究
    4.1 引言
    4.2 最小二乘法在运动学误差参数求解中的计算误差
        4.2.1 最小二乘法的计算误差
        4.2.2 基于指数积公式的误差映射模型的扰动分析
    4.3 基于总体最小二乘法的运动学误差参数求解方法
        4.3.1 总体最小二乘法简介
        4.3.2 基于总体最小二乘法的并联机构运动学误差参数求解
        4.3.3 总体最小二乘解的几何解释
    4.4 常见并联机构运动学误差参数辨识计算稳定性分析
        4.4.1 3 -PRRU机构运动学参数辨识计算稳定性分析
        4.4.2 部分常见并联机构运动学误差参数辨识计算稳定性分析
    4.5 本章结论
第五章 并联机构运动学标定的实验验证
    5.1 引言
    5.2 3-PRRU并联机构运动学标定实验
        5.2.1 3 -PRRU并联机构运动学标定实验设计
        5.2.2 标定实验过程
        5.2.3 实验结果分析
    5.3 6-UPS并联机构运动学标定实验
        5.3.1 6 -UPS并联机构运动学分析
        5.3.2 6 -UPS并联机构运动学误差建模
        5.3.3 6 -UPS并联定位实验台结构描述
        5.3.4 6 -UPS并联机构运动学标定数值仿真
        5.3.5 6-UPS并联机构运动学标定实验
    5.4 结论
第六章 结论与展望
    6.1 全文工作总结
    6.2 主要创新点
    6.3 研究展望
参考文献
攻读博士学位期间已发表的论文
攻读博士学位期间申请的专利
攻读博士学位期间申请的软件著作权
致谢


【参考文献】：
期刊论文
[1]一种利用标定板的机械臂DH参数标定方法[J]. 杨源,曹彤,刘达.  机械传动. 2017(06)
[2]一种基于视觉的脑外科机器人DH参数标定方法[J]. 刘达,赵英含,杨源,张赛.  机械工程与自动化. 2016(04)
[3]6自由度串联机器人D-H模型参数辨识及标定[J]. 张旭,郑泽龙,齐勇.  机器人. 2016(03)
[4]基于旋量理论的串联机器人逆解子问题求解算法[J]. 陈庆诚,朱世强,王宣银,张学群.  浙江大学学报(工学版). 2014(01)
[5]3-PRRU并联机器人位置反解和奇异位形的研究[J]. 刘家念,赵新华.  天津理工大学学报. 2012(02)
[6]一类带冗余支链并联机器的运动学自标定[J]. 刘大炜,王立平,李铁民,汤立民,彭雨.  机械工程学报. 2012(01)
[7]蜂群算法研究综述[J]. 张超群,郑建国,王翔.  计算机应用研究. 2011(09)
[8]一个特殊3自由度并联机构的精度分析及标定[J]. 刘大炜,王立平,关立文.  机械工程学报. 2010(09)
[9]应用改进模拟退火算法实现关节臂式坐标测量机的参数辨识[J]. 高贯斌,王文,林铿,陈子辰.  光学精密工程. 2009(10)
[10]CALIBRATION OF A 6-DOF SPACE ROBOT USING GENETIC ALGORITHM[J]. LIU Yu College of Science and Technology,Harbin Institute of Technology,Harbin 150001,China JIANG Yanshu Department of Automation,Harbin University of Science and Technology,Harbin 150008,China LIANG Bin XU Wenfu College of Science and Technology,Harbin Institute of Technology,Harbin 150001,China.  Chinese Journal of Mechanical Engineering. 2008(06)



本文编号：3173496