Delta并联机器人的误差分析与运动补偿方法研究

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并联机器人因为其刚度大、自重小、动力性能好等优点,各行业中得到广泛应用,本文以Delta并联机器人为对象,针对其误差问题进行研究与补偿。首先,对机构运动学进行分析,运动学模型是机器人控制与误差计算仿真的基础。针对标准机构,通过空间几何方法求得Delta机器人的运动学位置正解与逆解,在此基础上求解出机器人的雅克比矩阵;针对带有误差的机构,利用几何变量将原始误差参数表示出来,通过建立空间矢量链,求得了原始误差参数至末端操作器误差之间的误差传递系数矩阵,即建立了机器人误差数学模型。根据运动学数学模型,基于Matlab程序进行了运动学仿真数值计算,同时通过虚拟样机软件Adams仿真分析,对Matlab运动仿真结果进行了验证,并进行了误差灵敏度分析,在此基础上分析各支链原始误差对末端误差的影响。然后,提出一套基于单目视觉的误差补偿方法。基于视觉成像理论,通过单目相机与标定板相结合,实现对机器人的误差测量。采用空间插值方法计算机器人在工作空间中的误差值,该方法假定工作空间内的机器人误差矢量具有一定的连续与光滑特性,通过预先测量出指定空间区域内各节点的误差信息,对机器人运动轨迹上的误差进行插值计算。根据计算的误差值,利用雅克比矩阵对机构末端位置误差进行补偿。利用运动学模型对误差补偿方法进行数值仿真,验证该误差补偿方案的可行性。随后,为验证标定方案效果,搭建了实验样机,通过Labview将误差补偿方法集成在上位机中,采用了单目视觉与标定板相结合的测量方式,利用雅克比矩阵与空间节点插值方法对样机进行了标定实验工作,有效的改善了机器人的精度。最后,基于KED理论对机器人的运动提出假设,选用2节点12自由度空间梁单元,采用有限元方法针对Delta机器人平行四边形从动臂结构进行分析,推导出支链的弹性动力学方程,通过装配矩阵最终形成整个机构的控制方程,利用Matlab编写相应程序,并通过NEWMARK积分方法对控制方程求解,计算出机器人在运动轨迹下的弹性误差情况,通过引入傅里叶函数修正,降低其在运动中的弹性误差,并分析了杆件截面参数对弹性误差影响,为工程应用提供参考价值。
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