輕型柔性機(jī)械臂的誤差分析與辨識(shí).pdf

1、由于具有高負(fù)載自重比，且功耗低、結(jié)構(gòu)緊湊、操作靈活，輕型機(jī)械臂被廣泛應(yīng)用在航空航天、反恐排爆、家庭服務(wù)等領(lǐng)域。但是，在帶來諸多優(yōu)點(diǎn)的同時(shí)，輕型機(jī)械臂也有著明顯缺陷，即剛度低、易產(chǎn)生柔性變形，這嚴(yán)重限制了輕型機(jī)械臂的應(yīng)用。而且，機(jī)械臂的柔性誤差和幾何誤差耦合在一起，使誤差分析與辨識(shí)的難度大大增加。本論文的研究對(duì)象屬于典型的輕型機(jī)械臂，其質(zhì)量受到嚴(yán)格限制，連桿細(xì)長(zhǎng)，為了深入了解它的誤差形成機(jī)理并最終提高機(jī)械臂的精度，本文在誤差建模、辨識(shí)、補(bǔ)

2、償?shù)确矫孢M(jìn)行了深入研究。
　　基于坐標(biāo)系的廣義位姿誤差矢量定義，本文首先推導(dǎo)出了機(jī)械臂的廣義誤差模型，該模型具有很強(qiáng)的通用性。由于DH法不能全面反映坐標(biāo)系的位姿誤差，文中通過引入MDH法，推導(dǎo)了連桿坐標(biāo)系的廣義幾何誤差，得到了廣義幾何誤差模型，該模型可以用于指導(dǎo)機(jī)械臂的設(shè)計(jì)、制定精度指標(biāo)等。隨后給出了一個(gè)仿真實(shí)例，分析了機(jī)械臂的末端幾何誤差。
　　柔性是輕型機(jī)械臂的重要誤差來源，同時(shí)也使誤差分析和辨識(shí)的難度增大。論文將柔性關(guān)

3、節(jié)簡(jiǎn)化為線性扭簧，并根據(jù)梁變形理論分析了連桿的柔性變形，最終在此基礎(chǔ)上得到機(jī)械臂的柔性誤差模型。通過有限元仿真發(fā)現(xiàn)，建立的柔性誤差模型能比較精確地反映機(jī)械臂的柔性誤差。文章的最后，詳細(xì)闡述了誤差形成機(jī)理，并綜合機(jī)械臂的幾何誤差和柔性誤差，建立了綜合誤差模型。
　　廣義誤差模型冗余度的存在導(dǎo)致誤差識(shí)別的精度降低，文中通過誤差敏感矩陣得到誤差雅可比矩陣的線性組合關(guān)系，并最終獲得去除冗余度的幾何誤差識(shí)別模型。選取了若干考察點(diǎn)并測(cè)量得到各

4、點(diǎn)處綜合誤差，通過去除柔性誤差部分得到末端幾何誤差部分，然后對(duì)幾何誤差進(jìn)行了識(shí)別，結(jié)果表明去除冗余度后的識(shí)別模型能準(zhǔn)確地識(shí)別出機(jī)械臂的DH參數(shù)偏差。
　　最后，本文基于誤差模型給出了一種前饋補(bǔ)償策略，仿真結(jié)果表明該策略是行之有效的。文章還簡(jiǎn)要分析了輕型機(jī)械臂的動(dòng)力學(xué)特性，當(dāng)機(jī)械臂運(yùn)動(dòng)緩慢時(shí)，離心力和哥氏力對(duì)關(guān)節(jié)力矩的影響可忽略不計(jì)。由此也發(fā)現(xiàn)，在此種情況下，本文所提出的誤差模型和補(bǔ)償策略可以用于分析和補(bǔ)償機(jī)械臂運(yùn)動(dòng)過程中的準(zhǔn)靜態(tài)誤