一种指数积公式的机器人建模与参数辨识

对于六轴机器人而言,由于自身关节柔度和机械臂刚度不足,会导致机器人在修型加工过程中末端定位精度不高,从而使机器人产生加工误差。为了提高机器人修型加工精度,基于指数积公式建立MOTOMAN UP50机器人的误差模型,并推导了基于指数积公式的六轴机器人误差补偿模型以及参数识别方法。通过MOTOMAN UP50机器人实验平台对零部件进行修型加工测量实验,并应用该建立的误差补偿模型验证,实验结果表明,基于指数积公式的误差模型有助于提高机器人修型加工,从而验证了其方法的正确性。

一种基于指数积的机械臂结构参数标定方法

结合旋量理论和指数积方法,使用伴随矩阵表征关节旋量理论值和实测值之间的对应关系,针对UR10机械臂,在运动学方程基础上建立了一种关节约束条件方程。为了得到机械臂零位位置误差及各关节旋量误差与末端执行器定位误差的模型,对运动学公式取微分,最终确定空间中点对点的距离误差标定模型,利用在不同坐标系下测量的空间中两点间距离恒定的特性,避免了实验时采点的数据从激光跟踪仪坐标系向机械臂基坐标系变换引起的额外误差,为避免关节的奇异性,建立了POE形式的UR10机械臂距离误差模型。采用激光跟踪仪在UR10机械臂实验平台上完成机械臂结构参数的标定实验。对随机生成的60组点进行标定实验,数据表明:全局精确度可达到毫米级别,局部精度可达到误差1毫米以下。

基于指数积公式的串联机构运动学参数辨识实验

将指数积公式引入基于关节运动轨迹的串联机构运动学参数辨识.利用坐标测量仪测量各关节的运动轨迹,处理测量数据,得到各关节的运动轨迹方程.根据指数积公式对移动副和转动副的定义,直接从关节运动轨迹方程得到实际的关节旋量和实际的关节变量计数当量,从而避免了繁琐的各连杆坐标系的构建过程和坐标变换矩阵的还原过程.该方法已用于数字化脑立体定向仪的运动学参数辨识.实验结果表明,方法有效并可用于一般串联机构运动学标定.

基于指数积的Delta机器人运动学正解建模

对于并联机构的运动学分析,D-H参数法需要对每个连杆建立局部坐标系,通过各连杆的坐标转换来建立运动学方程,过程较为繁琐,而矢量法虽然能够避免正解多解的取舍问题,但是不能完整地表达出末端的姿态,缺乏通用性.作者采用基于旋量理论的指数积,只需建立惯性坐标系{S}和工具坐标系{T}两个坐标系,使得运动学模型更为简单,且具有更明确的物理和几何意义.最后应用该方法求解了典型Delta机器人的运动学正解和工作空间,并进行了机器人样机的运动控制实验.

基于指数积公式的导引头运动学分析与标定

针对半捷联俯仰偏航双框架导引头的结构特点,分析了框架的运动学描述方法。利用角速度递归算式,将弹体的惯性空间速度映射到视轴坐标系,推导出视轴的惯性空间稳定方程。基于指数积公式,给出了框架的运动学标定模型,研究了运动学方程的标定方法。将误差参数归结于框架坐标系的初始姿态,简化了运动学参数的标定过程。采用迭代最小二乘算法求解标定模型中的运动学误差参数。数值仿真结果表明:提出的运动学标定方法有效提高了视轴惯性空间稳定方程的求解精度。

一类运动支链逆解问题的旋量指数积求解方法

针对RRSR支链,提出了一类新的子问题:即子问题"绕两平行轴线旋转到指定点的问题"及其扩展子问题"绕两平行轴线旋转后距离两点为指定距离";推导了这类子问题的求解方法.通过将RRSR支链逆解求解转化为该类子问题和一些已知的子问题,给出了该类运动链的逆解的求解过程,并对该支链的多解性问题给予分析,明确了逆解及多解条件的几何意义.最后给出实例计算,验证了求解方法的可行性和正确性.

指数积方法在空间机构运动分析中的应用

介绍了指数积方法的原理 ,以及它在空间闭链机构运动分析中的应用。研究表明 ,用这种方法来进行空间闭链机构的运动分析 ,可以大大简化其计算过程 ,并具有简单易懂、通用性好等优点 ,在复杂空间机构的运动学和动力学分析中 ,有很大的应用潜力。

基于指数积的冗余度机器人运动学求解算法

本文利用旋量理论中的指数积公式对绝对冗余度机器人的运动学进行了研究;分析了绝对冗余度机器人的运动学正问题和逆问题;提出了基于指数积公式的绝对冗余度机器人的运动学解。通过把机器人的运动分解为若干个简单的子问题,然后对子问题进行分析求解,通过算例采用本文中提出的运用子问题的方法对绝对冗余度机器人的运动学进行求解。最后通过对比指数积公式和D-H参数,得出指数积公式和D-H参数求解的本质是相同的结论,从而得出基于指数积公式的冗余度机器人的运动学求解过程是正确的,但指数积公式的机器人的运动学求解过程更为简单,更易于工业实时控制。

一种基于指数积公式的空间机械臂自标定方法

为了克服发射过程和在轨极端温度环境对空间机械臂末端位姿精度的影响,提出了一种基于指数积(POE)公式的空间机械臂运动学在轨自标定方法。该方法使用空间机械臂末端双目空间相机和棋盘式标定板测量空间机械臂末端位姿实际值。根据关节旋量理论值和实际值之间的伴随变换关系建立了空间机械臂实际运动学模型,对运动学模型取微分建立了线性化的运动学误差模型,给出了基于最小二乘法的运动学标定模型。进行了7自由度空间机械臂运动学自标定仿真,仿真结果表明运动学标定过程能快速收敛到稳定值,标定后空间机械臂末端位姿精度有明显提高。

基于指数积理论的三轴机床几何误差辨识方法

为解决三轴机床在球杆仪误差敏感方向上直线度误差缺项建模与误差辨识精度问题,以三轴数控机床为研究对象,根据指数积理论与三轴数控机床运动链,结合混阶切比雪夫多项式预拟合模型,构建综合误差系数模型。在双正交轴检测实验基础上,对综合误差系数模型进行Moore-Penrose逆矩阵求解,使得18项误差能够在球杆仪误差敏感方向上得到全部辨识,无需在非运动轴向进行解耦,提高辨识精度和效率。在某三轴数控机床上进行双正交轴检测实验和NC代码补偿实验,补偿后XY、XZ、YZ双正交轴实验综合误差分别减少82.02%、91.63%、70.6%,验证了所提方法的有效性。对改进前后的切比雪夫多项式预拟合模型进行残差对比,结果表明混阶切比雪夫多项式预拟合模型精度更高。

基于指数积公式的挖掘机运动学分析

本文运用了基于旋量理论的指数积方法,推导出挖掘机回转装置、动臂、斗杆、铲斗多杆件组成的串联开链机构的运动学方程,求解雅可比矩阵,并验证该方法的有效性。研究表明,利用指数积与平面几何相结合的方法求挖掘机运动学逆解,无需进行矩阵乘法运算,减少了运算量,更适合进行计算机编程运算;而且利用指数积方法计算挖掘机雅可比矩阵无需对运动学正解映射求微分,并能有效的避免因参数引起的奇异性。

采用指数积的三自由度机器人运动学方程

在给定组成运动副相邻连杆相对位置的情况下,可确定机器人末端执行器的位姿。运用指数积公式将开链机构的运动方程表示成运动旋量的指数积,由此提供机器人运动学方程的完整几何表示方法,能简化机构分析。即求得运动旋量,得到运动学的几何描述,最后用指数集建立关节式三自由度机器人的运动学方程。

基于指数积理论的五轴曲面喷涂后置处理

针对无刀尖点跟随功能(rotated tool center point,RTCP)功能五轴机床在喷涂过程中旋转喷涂头中心点轨迹不可控而产生的多喷与漏喷现象,为了提高复杂曲面的喷涂质量、优化喷涂轨迹,提出了一种五轴曲面喷涂机床的后置处理方法.基于两旋转轴与被喷涂零件在机床坐标系的相对位置关系,采用指数积理论建立五轴联动机床的正向运动学模型.结合工件表面的几何特征、三角函数的周期性、旋转轴运动范围等确定旋转轴的最优角度组合解.利用选择的最优角度组合解求得平动轴的绝对位移量,进而生成能直接运用于喷涂的数控代码,在没有RTCP的帮助下完成喷涂.以典型船舶球鼻艏曲面喷涂为例进行仿真实验,仿真结果表明:该方法可以在没有RTCP功能的机床上实现喷涂轨迹的控制和较好喷涂质量,有效地避免在喷涂过程中产生的多喷与漏喷的现象.

一种基于指数积的移动机械臂联合标定方法

提出一种基于指数积的移动机械臂联合标定方法,以实现移动平台和机械臂两者间位姿标定与机械臂运动学参数标定模型的统一.机械臂运动学参数标定使用最多的是基于D-H参数法,但D-H参数法无法克服相邻关节平行或接近平行时的奇异性问题,以及建模过程复杂、建模后的模型通用性差等问题.基于指数积的移动机械臂联合标定方法建模时不会因为关节轴平行而出现奇异性问题,建模过程简单.通过对整个系统的运动学方程进行微分运算,获得末端位姿误差和移动机械臂零位状态旋量误差及关节旋量误差的线性化模型.利用伴随矩阵方式建立关节旋量理论值与关节旋量实际值的关系,并通过改变伴随矩阵实现基于最小二乘法的参数辨识计算过程中参数更新.使用高精度激光跟踪仪作为测量工具,通过实验验证所提出方法的有效性.

一种基于指数积的串联机器人标定方法

给出了一种基于指数积公式的串联机器人运动学参数标定方法.根据关节旋量坐标的理论值和实际值之间的伴随变换关系将指数积公式改写成包含有关节约束条件的等价形式.对运动学方程取微分得到末端执行器误差与关节旋量误差及零位旋量误差间的线性化模型.给出一种基于最小二乘法的串联机器人运动学参数标定模型,并通过伴随变换的方法实现运动学参数识别过程中关节旋量坐标的更新.一种6自由度串联机器人的标定仿真实验表明参数标定过程能够快速地收敛到稳定值,标定结果能有效地补偿末端执行器的位姿误差.

基于局部指数积的模块化机器人运动学参数标定

针对模块化可重构机器人系统展开基于局部指数积法的运动学参数标定研究,提出一种基于子装配体的模块化机器人标定方法.首先,采用旋量的指数形式对子装配体进行数学描述,建立子装配体的运动学模型.然后,采用局部指数积方法,建立基于子装配体、包含关节约束条件的模块化机器人实际运动学模型.通过对运动学模型取微分,根据指数映射微分公式的显式表达式,给出模块化机器人末端位置误差与子装配体的关节旋量误差、末端子装配体的局部位置误差之间映射关系的显式表达.最后,以一套模块化可重构机械臂系统为试验平台,采用激光跟踪仪为测量设备进行试验.试验结果表明标定过程能够收敛到稳定值,经参数标定后用于试验的6自由度模块化机械臂定位误差模的平均值降低了近95%,最大值降低了近92%.

基于指数积的自重构机器人的运动误差校准

模块化自重构机器人在重构过程中,由于模块的装配、连接、传动、悬臂变形、关节柔性都会影响末端执行模块的位姿误差,导致相邻模块不能正常连接,必须对末端模块位姿进行校准.为此,在模块化自重构机器人M-Cubes的"L"结构上,利用建立在连杆坐标系上的名义坐标系,将误差因素引起的旋转坐标变换和平移坐标变换对名义坐标系进行修正,推导出正向指数积误差校准模型.将此校准模型运用到自重构机器人M-Cubes的"L"结构中,很好地校准了末端执行模块旋转关节轴和孔的位姿误差,保证了和相邻关节的正确连接,为自重构奠定了基础.

基于指数积公式的机器人标定方法

工业机器人的运动学参数误差是影响机器人绝对定位精度的最主要因素。为提高机器人的绝对定位精度,建立了MOTOMAN机器人的旋量模型,并提出了一种基于指数积(POE)公式的误差模型以及基于最小二乘的参数辨识方法。然后利用Leica激光跟踪仪及其配套的Spatial Analyzer软件对MOTOMAN-MH80机器人进行测量。最后利用POE误差模型对机器人进行运动学标定。实验结果表明标定后的运动学参数使机器人绝对定位精度提高了80%以上,从而验证了该方法的准确性。

基于指数积公式的空间管路装配偏差传递建模及分析

针对火箭、飞机以及船舶等设备的管路系统,因制造与装配中偏差累积引起的系统装配效率低和可靠性下降等问题,研究空间管路装配中来源于管件成型和焊接变形的偏差形式,建立基于旋量的偏差表征,改进基于指数积公式的偏差传递模型,提出关键特征坐标误差指标(KCCE)评价偏差传递模型预测精度,实现完整的空间管路装配偏差传递建模:以三维空间管路为案例进行装配偏差传递建模与分析,结果表明:基于旋量的偏差表征方式适用于空间管路装配,改进后的空间管路装配偏差传递模型预测精度更高。

非瓣膜性心房纤颤左心耳血流频谱与复律后左房容积指数变化之间的关系

目的研究非瓣膜性心房纤颤(NV-AF)左心耳(LAA)血流频谱与患者复律后左房容积指数(LAVI)变化之间的关系。方法利用多平面经食管超声心动图观察29例患者左心耳超声特性,根据左心耳血流频谱将患者分为Ⅰ组[清晰型,峰速≥25/(cm.s),n=21]和Ⅱ组[模糊型,峰速<25/(cm.s),n=8]。然后超声观察两组患者复律后第1天、1个月、3个月及6个月时LAVI并作比较分析。结果①与Ⅰ组患者相比,Ⅱ组患者的左心耳充盈血流峰速、排血峰速及左心耳面积变化率显著减小,左心耳内径及面积增大,SEC现象检出率显著增高,而年龄、房颤持续时间、左房内径差异无统计学意义(P>0.05)。②复律后第1天、1个月、3个月时两组患者间的LAVI差异无统计学意义。复律后6个月时Ⅰ组患者的LAVI较Ⅱ组显著减小(P<0.05)。③与Ⅱ组相比,复律后1个月内Ⅰ组患者LAVI的变化率差异无统计学意义,但3个月、6个月内的LAVI的变化率显著增大(P<0.05)。④相关分析显示:复律后6个月内患者LAVI的变化率与左心耳充盈血流峰速、排血峰速及左心耳面积变化率呈正相关(r=0.45,0.35,0.52,P<0.05),而与左心耳内径及面积呈负相关(r=-0.41,-0.44,P<0.05)。结论NV-AF患者LAA血流频谱与复律后左房容积指数的改变密切相关,超声观察LAA有助于判断患者复律后左房容积的变化。