機(jī)器人多維腕力傳感器靜、動(dòng)態(tài)性能標(biāo)定系統(tǒng)的研究.pdf

1、本學(xué)位論文深入研究了機(jī)器．人多維腕力傳感器靜、動(dòng)態(tài)性能標(biāo)定系統(tǒng)。其主要研究?jī)?nèi)容包括：靜、動(dòng)態(tài)性能標(biāo)定方法的研究，標(biāo)定指標(biāo)和標(biāo)定路線的確定，基于階躍激勵(lì)和相關(guān)小波的腕力傳感器動(dòng)態(tài)性能標(biāo)定方法的研究，小波降噪在腕力傳感器標(biāo)定中的應(yīng)用，標(biāo)定力和標(biāo)定力矩施加方式的研究，標(biāo)定加載實(shí)驗(yàn)臺(tái)的設(shè)計(jì)制造與調(diào)試，數(shù)據(jù)采集軟、硬件系統(tǒng)的研制，標(biāo)定系統(tǒng)的誤差分析，基于LABVIEW的機(jī)器人多維腕力傳感器靜、動(dòng)態(tài)性能標(biāo)定虛擬儀器的開(kāi)發(fā)。 本學(xué)位論文主要研

2、究?jī)?nèi)容如下： 1．第一章介紹了機(jī)器人腕力傳感器的發(fā)展現(xiàn)狀，概括了腕力傳感器結(jié)構(gòu)形式及其應(yīng)用情況；總結(jié)了機(jī)器人多維腕力傳感器靜、動(dòng)態(tài)性能標(biāo)定的研究現(xiàn)狀和存在的問(wèn)題；提出本學(xué)位論文研究的立項(xiàng)背景、目的和意義：明確本學(xué)位論文的研究工作和任務(wù)。 2．第二章深入研究了機(jī)器人腕力傳感器的標(biāo)定方法。提出標(biāo)定誤差完全由傳感器各輸出通道的測(cè)量精度和施加的標(biāo)定載荷的精度所決定，要獲得高的標(biāo)定精度應(yīng)選擇正交標(biāo)定力矩陣。研究了腕力傳感器靜態(tài)性能

3、標(biāo)定指標(biāo)及其標(biāo)定方法。 通過(guò)分析比較，提出階躍響應(yīng)法更適合腕力傳感器動(dòng)態(tài)性能標(biāo)定。指出在階躍響應(yīng)法的腕力傳感器動(dòng)態(tài)性能標(biāo)定中用平均功率譜法求取頻率響應(yīng)函數(shù)所存在的問(wèn)題。研究了基于階躍激勵(lì)的腕力傳感器動(dòng)態(tài)性能指標(biāo)識(shí)別的圖解法，指出雖然圖解法有簡(jiǎn)單、快捷的優(yōu)點(diǎn)，但受人為和噪聲影響較大，辨識(shí)精度低；研究了用差分法求取腕力傳感器的脈沖響應(yīng)函數(shù)，指出雖然階躍信號(hào)是二值信號(hào)，用差分法的計(jì)算效率高，但識(shí)別精度受噪聲影響很大。提出將小波變換法應(yīng)

4、用于階躍激勵(lì)的腕力傳感器動(dòng)態(tài)性能標(biāo)定，以提取腕力傳感器的脈沖響應(yīng)函數(shù)。小波分析可以將信號(hào)分解到兩維的時(shí)—頻域空間，對(duì)非平穩(wěn)、瞬變的動(dòng)態(tài)信號(hào)分析的能力強(qiáng)。在線標(biāo)定腕力傳感器的動(dòng)態(tài)性能時(shí)，可利用工作時(shí)機(jī)械手放下工件產(chǎn)生階躍激勵(lì)，該研究也為腕力傳感器在線標(biāo)定做好了理論上的準(zhǔn)備。 通過(guò)大量實(shí)驗(yàn)，對(duì)基于階躍激勵(lì)的腕力傳感器動(dòng)態(tài)性能標(biāo)定的重復(fù)性與線性度進(jìn)行了研究。 研究了小波閾值降噪法。對(duì)標(biāo)定中獲得的含有噪聲的腕力傳感器響應(yīng)信號(hào)進(jìn)行

5、小波分解，對(duì)含噪聲頻段的小波系數(shù)進(jìn)行抑制后，再進(jìn)行信號(hào)重構(gòu)，獲得了降噪效果理想的標(biāo)定信號(hào)。該降噪方法對(duì)今后研究腕力傳感器動(dòng)態(tài)性能在線標(biāo)定具有重要的意義。 3．第三章研究腕力傳感器靜、動(dòng)態(tài)性能標(biāo)定的加載方式，設(shè)計(jì)制造加載實(shí)驗(yàn)臺(tái)及加載附件。在該實(shí)驗(yàn)臺(tái)上使用不同的加載附件，既可以施加滿足靜態(tài)性能標(biāo)定要求的正交力/力矩，又可以施加滿足動(dòng)態(tài)性能標(biāo)定要求的正交階躍激勵(lì)力/力矩。動(dòng)態(tài)性能標(biāo)定時(shí)，實(shí)驗(yàn)臺(tái)上增加了一個(gè)壓電式力傳感器，以便設(shè)置“軟觸

6、發(fā)”功能，準(zhǔn)確地抓取腕力傳感器負(fù)階躍激勵(lì)和響應(yīng)的開(kāi)始時(shí)刻，以截取壓電式力傳感器和腕力傳感器對(duì)負(fù)階躍激勵(lì)的響應(yīng)信號(hào)，為進(jìn)行腕力傳感器動(dòng)態(tài)性能指標(biāo)的識(shí)別做準(zhǔn)備。本章最后研究了根據(jù)壓電式力傳感器的輸出測(cè)量階躍激勵(lì)力/力矩大小的方法。 4．第四章研制了用于腕力傳感器性能標(biāo)定的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。采集系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集板直接插入PC計(jì)算機(jī)ISA總線插槽，實(shí)現(xiàn)8通道同步(無(wú)時(shí)差)地采樣數(shù)據(jù)，采樣速度快。采集板上帶有雙口RAM，可以實(shí)時(shí)地與下位機(jī)通訊，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)

7、傳輸、動(dòng)態(tài)修改模型等多種功能。數(shù)據(jù)采集程序?qū)⒉蓸拥降母魍ǖ赖恼麄€(gè)時(shí)間歷程的數(shù)據(jù)，保存到數(shù)據(jù)文件中，為下一步進(jìn)行腕力傳感器靜、動(dòng)態(tài)性能分析做好數(shù)據(jù)準(zhǔn)備。 5．第五章對(duì)腕力傳感器性能標(biāo)定系統(tǒng)進(jìn)行了誤差分析。分析計(jì)算出了加載實(shí)驗(yàn)臺(tái)的實(shí)際施加力與額定力偏離程度誤差E<,Ⅰ>≤0.1271％、干擾力引起的誤差E<,Ⅱ>≤0.00667％，并提出降低各項(xiàng)誤差的措施：測(cè)定出了數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)各通道的信噪比大于65.32dB、采樣通道間的干擾大于2

8、0.0dB；測(cè)定出通道間傳遞函數(shù)幅頻特性的幅值誤差小于1％、相頻曲線呈線性、相位失配誤差在整個(gè)分析頻帶范圍內(nèi)(0～5000Hz)小于0.125°；計(jì)算出了ADC轉(zhuǎn)換的量化誤差小于0.0061％; 經(jīng)測(cè)定得知數(shù)據(jù)處理及性能分析系統(tǒng)的算法誤差可以不計(jì)。最后得出標(biāo)定系統(tǒng)的誤差小、精度高的結(jié)論。 6．第六章概括了虛擬儀器的研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)。研究確定了腕力傳感器靜、動(dòng)態(tài)性能標(biāo)定系統(tǒng)的構(gòu)成原理及數(shù)據(jù)流結(jié)構(gòu)。開(kāi)發(fā)了腕力傳感器靜、動(dòng)態(tài)性能標(biāo)定