冗余自由度機(jī)器人誤差分析與補(bǔ)償算法的研究.pdf

1、隨著機(jī)械臂研究技術(shù)的飛速發(fā)展，機(jī)械臂已遍布于航空航天、醫(yī)療、工業(yè)生產(chǎn)、反恐排爆、服務(wù)等行業(yè)。本文研發(fā)的機(jī)械臂為冗余自由度的輕型機(jī)械臂，將應(yīng)用于醫(yī)療按摩領(lǐng)域。由于質(zhì)量受到嚴(yán)格限制，該機(jī)械臂的剛度低、存在幾何誤差和柔性變形誤差。為了提高其使用性能，通過補(bǔ)償來(lái)減小機(jī)械臂的末端定位誤差是很有必要的。
　　為了更加深入地了解機(jī)械臂的幾何誤差形成原理并最終通過補(bǔ)償提高其精確度，本文在幾何誤差建模、參數(shù)辨識(shí)以及誤差補(bǔ)償方面進(jìn)行了深入研究。首先基

2、于機(jī)械臂的運(yùn)動(dòng)學(xué)模型推導(dǎo)出了其幾何誤差模型，通過仿真實(shí)例驗(yàn)證了該模型的正確性。接著對(duì)DH參數(shù)進(jìn)行分類，分析了各類參數(shù)對(duì)機(jī)械臂末端定位精度的影響程度，這對(duì)機(jī)械臂的設(shè)計(jì)具有指導(dǎo)意義。然后提出了利用最小二乘法辨識(shí)機(jī)械臂的幾何參數(shù)誤差值。最后采用了攝動(dòng)誤差的補(bǔ)償方法來(lái)補(bǔ)償機(jī)械臂的幾何誤差，并通過仿真驗(yàn)證了該補(bǔ)償方法的有效性。
　　為了更加深入地了解機(jī)械臂的柔性誤差，本文首先將機(jī)械臂的關(guān)節(jié)柔性看作是電機(jī)轉(zhuǎn)子與連桿之間的線性彈簧，建立了動(dòng)力學(xué)

3、模型，并對(duì)其振動(dòng)特性進(jìn)行了分析。接著針對(duì)柔性關(guān)節(jié)建立了柔性誤差模型。結(jié)合力雅克比矩陣的概念，推導(dǎo)出了機(jī)械臂由于自重對(duì)七個(gè)關(guān)節(jié)產(chǎn)生的力矩。此外，還提出了一種可靠的辨識(shí)機(jī)械臂關(guān)節(jié)剛度的方法。最后針對(duì)柔性誤差提出了真實(shí)可靠的補(bǔ)償策略。
　　在本文的實(shí)驗(yàn)部分，首先進(jìn)行了機(jī)械臂的重復(fù)精度實(shí)驗(yàn)，然后針對(duì)機(jī)械臂的幾何參數(shù)誤差辨識(shí)和關(guān)節(jié)剛度辨識(shí)問題分別進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)。在辨識(shí)結(jié)果的基礎(chǔ)上，利用前文的補(bǔ)償策略對(duì)機(jī)械臂進(jìn)行了柔性誤差補(bǔ)償和幾何誤差補(bǔ)償工作。