基于光学定位系统反馈的机器人末端位姿误差在线补偿方法

为了提高手术辅助机器人的定位精度,提出了一种基于改进L-M迭代的机器人末端工具位姿误差在线补偿方法。该方法无须标定机器人运动学模型参数,将机器人的几何误差、非几何误差和坐标系配准误差都归结于机器人关节误差,利用光学定位系统反馈机器人末端工具位姿,通过雅可比矩阵把机器人末端工具位姿误差映射到机器人关节空间,迭代改变机器人关节位置,使机器人末端工具位姿逐渐逼近目标位姿。实验结果表明,所提方法可将机器人末端工具位置误差降至0.1mm,末端工具姿态误差降至0.05°,显著提高了机器人末端工具位姿精度。

大气等离子体射流加工的热误差在线补偿方法

大气等离子体射流加工由于其化学刻蚀的加工原理,材料去除速率极易受温度影响,然而加工区域内温度波动造成的面形误差目前仍难以有效预测与抑制。为了补偿大气离子体射流加工中热效应引起的非线性加工误差,搭建了可在线测量加工区域温度的大气等离子体射流加工系统,分析了加工过程中全局和局部热效应对材料去除速率的影响规律,建立了考虑热效应的时变非线性去除函数模型及标定方法,依据加工区域温度的实时测量数据,实现了基于驻留时间动态调整的大气等离子体射流加工热误差在线补偿技术。熔石英光学元件的修形加工实验结果表明,所提出的方法有效补偿了加工过程中由温度波动引起的面形误差,材料去除量误差PV从362.71 nm降低至132.25 nm,提升63.54%,RMS从90.02 nm降低至33.45 nm,提升62.84%。研究结果为提升大气等离子体加工的修形精度提供了新的思路与参考。

KUKA工业机器人位姿测量与在线误差补偿

工业机器人因其良好的重复定位精度而被广泛应用于堆垛、搬运、焊接等工业领域,但其绝对定位精度低,限制了其在高精度制造领域的应用。通过构建工业机器人误差测量与在线补偿闭环控制系统,对工业机器人的误差进行在线补偿。该方法综合考虑了几何参数和非几何参数引起的误差,提高了其位姿精度。研究基于KUKA机器人传感器接口(Robot sensor interface,RSI)进行位姿误差补偿的性能。通过研究KUKA机器人末端姿态的表示方式,提出一种基于激光跟踪仪测量工业机器人末端姿态的方法,并设计试验研究机器人在其工作空间的位姿误差特点。对搭建的闭环控制系统进行位姿误差补偿试验验证了该系统的位姿补偿效果。试验结果表明,经过第二次在线误差补偿后,其绝对定位精度由原先的0.628 mm提升到0.087 mm,姿态精度接近0.01°。

基于正序分量在线位置误差补偿的旋转高频注入法

旋转高频注入法能够估算永磁同步电机零速和低速下的转子磁极位置,但在转子磁极位置解调过程中使用滤波器会带来估算误差。该文提出一种利用正序电流分量对转子估算误差进行在线补偿的方法,阐述了该方法在电机零速、低速运行过程中的补偿机理,理论推导在解调过程中正序电流和负序电流相位变化的关系,分析在考虑定子电阻影响时利用正序电流对滤波器导致误差的补偿效果。针对外差法求得的误差补偿量和转子位置存在多个收敛点的问题进行改进,增加收敛点检测环节,可排除部分错误收敛点。仿真和实验验证了所提方法对于转子位置误差补偿的效果。

虚拟电流注入法在线补偿转子位置估算误差

旋转高频注入法能估计永磁同步电机零速和低速时的转子位置,但在转子磁极位置解调过程中滤波器的使用会带来较大估算误差。提出虚拟电流注入法来在线补偿转子位置误差,基于估算的转速,构造与负序响应电流同频率的虚拟电流,经过与负序电流完全相同的解调,得到的虚拟电流相位与解调前相位的差值补偿估算的转子位置。分析比较了注入旋转电压导致的实际转速波动和正序响应电流引起的估算转速波动对误差补偿效果的影响,并利用低通滤波器来改善补偿效果。仿真和实验验证了所提方法在电机处于不同状态时对转子位置误差补偿的效果。

回转体测量机的双向法在线温度误差补偿

回转体测量机以其效率高、精度高,在回转类零件测量中得到了广泛的应用。但是由于其自身的特点,测量精度受温度影响引起的漂移误差可达120μm。针对这一问题提出了一种在线温度误差补偿技术,通过双向法测量获得内外测量架的平移量和倾斜量,然后再对各高度的内外径值进行补偿。该方法计算简单,使用方便,并大幅度提高了测量精度。实验证明,这种补偿方法可以使尺寸测量结果的稳定性误差从136μm降低到15μm左右,大大提高了测量的稳定性。

一种适用于曲面结构的机器人制孔误差在线补偿技术

针对工业机器人应用于飞机零部件自动钻孔时各项误差累积造成制孔精度差的问题,提出一种利用单应关系计算机器人驱动坐标三维偏差,以在线补偿机器人制孔精度的方法。首先利用外部测量设备建立机器人制孔系统中各坐标系关系;在标定阶段,通过以一定倾斜角度固联于机器人末端的相机拍摄一幅安装于制孔工作平面上与刀轴正对的平面标定板图像,并据此完成基于单应变换的手-眼关系标定;在实际制孔过程中,机器人在测距传感器及相机的辅助下,从基准孔理论坐标对应的姿态,不断调整至基准孔正上方理想位置,通过手-眼关系计算基准孔实际位置对应的机器人驱动坐标,然后根据一组基准孔的机器人三维驱动误差,计算三维驱动误差变换矩阵,据此获得这组基准孔邻域范围内各待钻孔的机器人驱动坐标补偿量,从而实现待钻孔定位误差补偿。以飞机结构实验件为对象进行了模拟制孔验证,实验结果表明,补偿前待钻孔三维综合定位误差和法向误差测量值范围分别为2.28~2.85mm和2.09°~3.93°,平均为2.55mm和3.30°,补偿后制孔最大误差分别不超过0.30mm和0.21°,满足自动制孔位置精度要求。

数控微磨床热误差的补偿方法

为消除数控微磨床热误差对加工精度的影响,提出了基于多元回归理论的数控微磨床热误差在线补偿方法。针对自行设计的数控微磨床建立热误差模型,采用TC-3型温度测试仪和激光干涉仪分别获取微磨床热敏感点的温度数据与刀具主轴变形量;根据多元回归理论,通过计算判定系数和残差平方和来选取热误差模型的最佳变量组合。实验结果表明:运用多元回归理论,以最佳变量组合来建模,能够显著提高热误差建模精度。微磨床刀具主轴的径向热误差由8μm减少至1μm以内。

工业机器人定位误差在线自适应补偿

受工业机器人本体结构几何及非几何误差因素的影响,机器人执行末端的实际运动轨迹与其理论规划轨迹往往不一致,这严重限制了机器人在加工领域的拓展应用。另外,通过研究发现机器人除在工作空间上定位误差等级存在差异分布外,在服役时间上随着机器人工作性能的退化也会显著恶化其定位精度。为解决该问题,提出了一种基于定长记忆窗增量学习的机器人定位误差在线自适应补偿方法。在该方法中,首先定量分析机器人定位误差与位姿的相关关系,将工作空间划分为多个位姿区块并创建校准样本库,建立了位姿映射模型的自适应优化机制以克服空间中误差等级差异分布的问题;然后设计了定长记忆窗增量学习算法,克服神经网络模型的灾难性遗忘缺陷,并平衡了在线模式下建立机器人新、旧位姿数据映射关系的精度和效率,解决了机器人性能退化加剧定位误差影响位姿映射模型适用性的问题,从而确保算法的补偿精度稳定在目标精度水平线以上;最后,利用St?ubli机器人和UR机器人对所提方法进行了精度在线补偿实验验证。实验结果表明该方法可将St?ubli机器人的定位误差从0.85 mm降至0.13 mm,将UR机器人的定位误差从2.11 mm降至0.17 mm,明显提高了机器人的定位精度,且通过对比发现所提方法的性能明显优于其他同类已发表方法。

铣削加工力-位误差的综合建模与补偿

基于铣削加工特点,建立铣削加工过程中的力-位综合误差模型,并基于原点偏移法建立了力-位综合误差在线补偿系统。根据铣削过程中的剪切和犁切机制,建立刀具微元切削力模型,通过积分得到切削力模型。依据变形理论,提出刀具及工件的切削力所致误差模型,并结合机床几何误差模型,利用齐次坐标变换,建立力-位综合误差模型。基于Fanuc数控系统的原点偏置功能开发误差在线补偿系统,实现力-位综合误差的在线补偿。利用立式加工中心对工件进行铣削加工实验,并对无误差补偿、仅补偿机床几何误差、仅补偿切削力所致变形误差、补偿力-位综合误差四种加工方式的加工精度进行对比,结果表明,力-位综合误差补偿的加工精度大大优于各单项误差补偿及无补偿的加工精度。

基于虚拟信号反馈算法的单相PWM整流器DQ电流解耦控制

以单相PWM整流器为研究对象,以提高其DQ电流解耦控制的电流内环动态响应速度,增加算法控制精度,实现单位功率因数为目标,首先,建立整流器DQ电流解耦控制的数学模型。其次,针对单相系统坐标变换需要构造虚拟正交分量问题,分析了传统的四分之一周期延时算法与2阶广义积分（second-order generalized integrator,SOGI）算法,研究了一种基于虚拟信号反馈（virtual signal feedback,VSF）的DQ电流解耦控制算法,并给出了电感参数灵敏度分析。然后,为消除电感不匹配对功率因数的不良影响,提出了一种基于稳态q轴电流偏移的电感误差在线补偿算法。最后,对所提出算法进行了仿真和实验验证,同时与传统的延时算法和SOGI算法作对比分析,结果验证了所提算法的正确性以及有效性。

机床热变形的研究现状

总结并分析了国内外减小机床热变形的一些新方法 ,为研究减小机床热变形提供了新思路。

基于C#.NET和二分迭代算法的细长轴切削自动编程系统

针对细长轴切削过程中变形误差的问题,以.NET为开发平台,通过实现C#和数据库在后台混合编程的方法构建自动编程系统,在该系统中设计了一种基于二分迭代思想的算法来求解细长轴切削加工误差补偿数控直线插补中的轴向进给量值,确保能够满足细长轴加工精度的要求。以航空制造领域某液压件细长轴为实例,该零件材质为TC4钛合金,进行细长轴切削自动编程及程序上传测试。测试结果表明,系统可以有效地实现参数输入、进给量判断以及程序存储下达,从而验证了二分迭代算法的可行性及系统的有效性。

一种利用UKF进行协作式和非协作式目标空间配准的方法

多传感器空间配准任务中的一个难点就是球坐标系向笛卡尔坐标系转换带来的非线性因素,利用UKF可有效实现空间测量误差的非线性在线估计。在同一传感器组合配置下,提出了一种利用协作式目标空间误差补偿信息,进一步改善非协作式目标空间位置补偿精度的方法。仿真实验表明:该方法可实现对于非协作式目标状态及位置误差的有效估计。

工业机器人定位精度提升研究

工业机器人由于其通用性,能够在空间中执行任何类型的运动,与标准5轴铣床相比价格低廉,已成为各种机械加工过程的常用工具。然而,受制于串行运动学影响,工业机器人与数控机床相比,仅限于在几何精度较低和加工非硬材料方面的应用。文章根据某工业机器人加工产品精度和表面质量影响的误差来源的数据,提出了一种在线补偿方法。根据实验结果,总结了进一步提高精度和使用机器人进行加工过程的潜力。