基于最小二乘法的diamond高速并联机械手运动学标定报告人赵庆.ppt

基于最小二乘法的 Diamond高速并联机械手运动学标定 报告人：赵 庆 1012201058 白普俊 1012201025 2013年6月5日 主要内容 1 3 4 2 模型建立 标定原理和方法 5 实验过程和结果 实验结论 背景介绍 上世纪80年代以来； 并联机构； 弥补了传统机床和关节型工业机器人在速度、精度、刚度等方面的不足。 1985年； Clavel博士发明了Delta机构，可实现3T； 掀起了各国机器人公司开发此类机械手的热潮。 1999年； Pierrot等人于发明了H4，可实现3T1R； 改进→ I4 →Par4； 结构简单，运动灵活，在工作空间中可保证各向同性并具有较高的刚度。 ABB公司的IRB 340 SIG公司的C33和CE33 The Manz Solarroboter Fanuc Delta 背景介绍 (b) I4 robot (a) H4 robot (c) Par4 robot (d) H4 robot动平台 (e) I4 robot动平台 (f) Par4 robot动平台 电子、轻工、食品、医药等行业； 操作对象具有体积小、重量轻等特征； 提高自动化程度和保证产品质量； 以高速完成包装、分拣等抓放操作。 Adept公司以Par4机械手为原型已开发出名为Quattro的4自由度高速并联机械手，据称其实验最高加速度可达20 g，工业应用时的最高加速度可达12g。 背景介绍 远架外杆 动平台 远架内杆 机座 角架 近架外杆 近架内杆 Diamond三维造型 模型建立 (1) 或 (2) (3) 或 (4) 式中 最小二乘解为 (5) 修改后位置 理论逆解 实际指令q 实际机构g (q0, p0 + ?p) 实际位置r ? + 预估误差 ? + 实际位置r 测量位置误差 测量姿态误差 姿态误差辨识 姿态误差 辨识雅 克比矩 阵J 姿态误 差系数 矩阵M 位置误差 理论逆解f (r0, p0) 理论指令q0 实际机构g (q0, p0 + ?p) 理想位置 位置误差辨识 误差线性估计 标定原理和方法 由于修改系统参数的补偿方式不能解决由姿态误差引起的位置误差问题，所以，拟采用修改系统输入的方式对Diamond机械手进行运动学标定。 在机械手处于原点时，将水平尺与动平台调整平行，如图(a)； 以水平尺工作面为基准，将方箱的上表面与水平尺调整平行，以保证其侧面与水平尺工作面垂直，如图(b)； 在x =0时，以y =-450为参考，用千分表分别测出为y =-465，-480，-495和-510时的x 轴方向误差，如图(c)； 使用激光干涉仪测量各点的x轴方向误差，如图(d)；同时利用千分表测出各点y 轴方向误差，如图(e)。 (a) 调整平尺与动平台水平 (b) 调整水平尺与方箱平行 (c) 测量x=0时各点误差 (d) 调整水平尺与方箱平行 (e) 测量x=0时各点误差 实验过程 仪器精度 水 平 尺： 0.02 mm/m 方 箱： 0.01 mm/m 千 分 表： 0.001 mm 激光干涉仪：1 μm x (m) y (m) (a) X方向补偿效果 (mm) Y方向补偿效果 x (m) y (m) (mm) (b) 一次补偿前后 y 轴方向误差对比 实验结果 误差参数 的一次辨识结果： 一次补偿前后 x 轴方向误差对比 辨识结果有四项的值比较大，其中#1电机轴的回零转角误差 ，约为384个电机脉冲。 在此回零转角误差的影响下，通过理论正解计算出 x 和 y 方向分别会有2.18mm和1.59mm的误差，说明辨识结果基本合理。 但是由于辨识误差中的个别项数量级相差太大，会导致一阶摄动理论中线性假设不合理，可以采用先补回零转角误差再辨识的分层递阶式方法，或者二次辨识和补偿的方法进行修正。 几何参数误差辨识结果 注：表中 和 的单位为（°），其他参数单位均为（mm）。 结论 基于单杆误差模型，构造出全参数几何误差辨识模型，辨识机构几何误差，并采用修改系统输入的补偿方法，能够有效提高Diamond机械手的定位精度； 该标定方法在构造误差辨识模型时，需要同时使用 x 和 y 轴两个方向的测量误差，以保证误差辨识矩阵的条件数足够小，才能得到较好辨识结果和补偿效果。关于误差辨识矩阵条件数