| 题名 | 面向搬运任务的大型冗余机械臂误差分析及补偿研究 |
| 作者 | 李娜托1,2 |
| 答辩日期 | 2020-05-26 |
| 授予单位 | 中国科学院沈阳自动化研究所 |
| 授予地点 | 沈阳 |
| 导师 | 高扬 |
| 关键词 | 冗余机械臂 逆运动学 误差分析 运动学标定 |
| 学位名称 | 硕士 |
| 其他题名 | Research on Error Analysis and Compensation of Large Redundant Manipulator for Handling Task |
| 学位专业 | 机械电子工程 |
| 英文摘要 | 随着工业现代化的发展，机械臂越来越多地被应用于工业生产中。常见的机械臂以高精度、低负载的工业机械臂为主，主要用于执行生产线中的搬运、装配及喷涂等任务。随着机械臂技术的迅猛发展，户外的重载作业任务也逐步由人工作业转变为机械作业，其中车载大型机械臂是目前户外重载作业任务中使用的主要机械臂类型。车载大型机械臂凭借负载能力强、工作范围大、运输方便等特点在货物搬运、设备组装等任务中有着广泛的应用。但是车载大型机械臂在使用上仍然存在诸多问题，如：精度低、自动化程度低等。车载大型机械臂的精度问题是困扰其发展的主要问题之一，如何以较低的成本提高车载大型机械臂的精度是国内外学者关注的焦点。通过提高车载大型机械臂的精度，不仅可以拓宽车载大型机械臂的使用范围，还可以为车载大型机械臂的自动化发展奠定基础。本文以车载大型冗余机械臂为研究对象，分析大型冗余机械臂的误差分布规律，并对其进行了运动学标定的研究。通过分析机械臂的误差变化规律，为机械臂的加工和装配提供理论基础；同时利用运动学标定技术提高机械臂的定位精度，满足机械臂搬运任务对精度的要求。本论文的主要研究内容如下。（1）大型冗余机械臂的运动学建模。首先介绍本文的研究对象PK1800机械臂，并根据PK1800机械臂的特点，建立机械臂的DH模型，进而求得机械臂正向运动学的解；采用MATLAB软件建立机械臂的三维杆件模型，验证正向运动学的正确性；介绍机械臂微分运动学的基本原理，给出关节空间与笛卡尔空间的运动转换关系。（2）大型冗余机械臂的逆运动学求解。PK1800机械臂含有移动关节且不满足PIEPER准则（即：机器人的三个相邻关节轴线相交于一点或三轴线平行），根据其特点，本文选用改进人工蜂群算法求取逆运动学的解。根据改进型人工蜂群算法的基本原理，利用MATLAB编程进行仿真求解，得到机械臂的关节变量，并绘制位姿误差的迭代曲线及空间各方向误差的变化曲线，最后利用空间运动轨迹来验证该逆运动学求解方法的有效性。（3）大型冗余机械臂误差分析。详细分析并介绍了机械臂的误差来源；根据机械臂误差源的特点，利用蒙特卡洛法进行机械臂的误差分析，得到机械臂的位姿平面误差、零位误差及关节敏感性的变化规律。（4）大型冗余机械臂的误差建模及仿真。对大型冗余机械臂DH模型的奇异性进行修正，建立MDH模型；基于大型冗余机械臂的特点分别建立了基于位置与距离的误差模型，利用MATLAB进行仿真实验，分析参数误差与采样点数量之间的关系，得到关节参数的辨识结果，并比较两种模型的优劣。（5）大型冗余机械臂标定实验。根据大型冗余机械臂的结构特点，对标定对象进行简化。选用基于距离的误差模型，利用双目测距的原理测定机械臂在空间中的运动距离，将得到的空间距离代入标定程序，辨识得到机械臂的几何参数误差，进而验证机械臂的标定效果，结果表明经过运动学标定后机械臂的精度得到明显提高。 |
| 语种 | 中文 |
| 产权排序 | 1 |
| 页码 | 77页 |
| 内容类型 | 学位论文 |
| 源URL | [http://ir.sia.cn/handle/173321/27136]  |
| 专题 | 沈阳自动化研究所_空间自动化技术研究室 |
| 作者单位 | 1.中国科学院大学 2.中国科学院沈阳自动化研究所; |
| 推荐引用方式 GB/T 7714 | 李娜托. 面向搬运任务的大型冗余机械臂误差分析及补偿研究[D]. 沈阳. 中国科学院沈阳自动化研究所. 2020. |
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