冗余并联机构的精度分析

冗余驱动并联机械手运动精度校准方法研究
张凯;孙德全;刘石林
【期刊名称】《机械设计与制造》
【年(卷),期】2024()4
【摘要】针对冗余驱动并联机械手(RAPM)的运动精度,以某三自由度主轴头为例,提出了一种基于最小误差模型的运动精度校准方法。

首先通过消除冗余几何源误差,建立包含最少几何源误差的最小误差模型,采用蒙特卡罗模拟进行几何源误差灵敏度分析,研究各几何源误差对终端精度的相对影响。

在此基础上提出了粗校准和精校准相结合的分层辨识策略,以实现冗余驱动并联机械手的精度校准。

最后通过校准实验测试表明,所提出的校准方法能够大幅降低冗余驱动并联机械手的终端误差,验证了所提校准方法的有效性。

【总页数】8页(P317-324)
【作者】张凯;孙德全;刘石林
【作者单位】郑州旅游职业学院机电工程学院;河南科技大学机电工程学院
【正文语种】中文
【中图分类】TH16
【相关文献】
1.采用冗余驱动提高并联机床精度的研究
2.采用过约束冗余驱动提高球面并联机构精度容错能力的研究
3.冗余驱动并联机械手的混合位置/力自适应控制
4.遗传算法
优化的运动冗余3-PRRR平面并联机械手控制研究5.采用混合算法优化的3⁃P RRR并联冗余机械手驱动力矩研究
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冗余驱动并联机构运动学分析与驱动优化研究的开题报告题目：冗余驱动并联机构运动学分析与驱动优化研究一、研究背景并联机构是一种重要的机构形式，具有很多优点，如结构简单、负载能力高、刚度大等。

但在实际工程应用中，由于平台姿态受到机构结构的限制，机构的运动空间和工作空间存在局限性。

为了解决这个问题，人们提出将冗余自由度引入并联机构中，能够扩展其运动自由度和工作空间，提高其性能和适用范围。

此外，在机构设计中驱动方式的选择也对机构性能和适用范围有着重要的影响。

因此，对冗余驱动并联机构的运动学分析和驱动优化进行研究，对于提高并联机构的性能和适用范围具有重要的理论意义和工程应用价值。

二、研究内容1.冗余驱动并联机构运动学分析：分析冗余驱动并联机构的运动学特性和数学模型，确定控制参数，分析驱动方式的影响，并建立数学模型。

2.冗余驱动并联机构驱动优化：研究冗余驱动并联机构的驱动方式和控制策略，优化驱动方案和参数，提高机构的性能和适用范围。

三、研究方法1.理论研究：分析冗余驱动并联机构的运动学特性和数学模型，确定控制参数，分析驱动方式的影响，并建立数学模型。

2.仿真模拟：通过ANSYS、ADAMS等仿真软件对冗余驱动并联机构进行模拟，模拟机构的运动学特性和运动轨迹，评估驱动方案和控制策略的优劣。

3.实验研究：设计并搭建具有冗余驱动的并联机构样机，进行实验研究，验证理论分析和仿真模拟结果，提高机构的性能和适用范围。

四、预期成果1. 建立冗余驱动并联机构的数学模型，分析控制参数和驱动方式对机构性能和适用范围的影响。

2.提出优化驱动方案和参数的方法和策略，提高机构的性能和适用范围。

3.设计搭建冗余驱动并联机构样机，验证理论分析和仿真模拟结果，提高机构的性能和适用范围。

五、研究价值本项目的研究成果能够对提高并联机构的性能和适用范围具有重要的理论意义和工程应用价值，能够推进并联机构在工程应用中的广泛使用。

《6PUS-UPU冗余驱动并联机器人的冗余力控制实验研究》篇一一、引言随着机器人技术的快速发展，并联机器人因其在高精度、高速度和高负载能力方面的优势，被广泛应用于各个领域。

然而，如何有效地控制并联机器人的运动和力成为了一个重要的问题。

本论文旨在通过实验研究，对6PUS-UPU冗余驱动并联机器人进行冗余力控制，以期实现更高的操作精度和稳定性。

二、6PUS-UPU冗余驱动并联机器人概述6PUS-UPU冗余驱动并联机器人是一种新型的并联机器人，具有六个独立的运动驱动装置和一个额外独立位置的调节器（即“UPU”单元）。

这种结构使得该机器人具有更高的灵活性和更强的冗余性，能够更好地应对各种复杂的工作环境。

三、冗余力控制方法在并联机器人的控制中，冗余力控制是一种重要的方法。

该方法通过引入额外的力控制量，使得机器人在运动过程中能够根据需要调整各个驱动器的输出力，以达到优化性能和增强稳定性的目的。

在6PUS-UPU冗余驱动并联机器人的控制中，我们采用了基于优化算法的冗余力控制方法。

四、实验设计与实施为了验证冗余力控制方法的有效性，我们设计了一系列实验。

首先，我们建立了机器人的数学模型，并利用仿真软件对冗余力控制方法进行了初步验证。

然后，我们设计了一个实验平台，用于实际测试机器人的性能。

在实验中，我们采用了多种不同的任务和场景，以检验机器人在不同条件下的表现。

五、实验结果与分析通过实验数据，我们可以看到采用冗余力控制方法的6PUS-UPU冗余驱动并联机器人在各种任务和场景下均表现出了较高的精度和稳定性。

与传统的并联机器人相比，该机器人在面对复杂的工作环境和任务时，能够更好地调整自身的输出力，以适应不同的需求。

此外，我们还发现，在采用优化算法的情况下，机器人的运动轨迹更加平滑，速度和加速度的波动也得到了有效控制。

六、结论本论文通过实验研究，对6PUS-UPU冗余驱动并联机器人的冗余力控制进行了深入探讨。

实验结果表明，采用冗余力控制方法的机器人具有更高的精度和稳定性，能够更好地适应各种复杂的工作环境和任务。

并联机器人的雅可比，可操作性，条件数和精度（翻译论文）虽然在最早的机器人研究中就已经有了雅可比矩阵的概念、可操纵性、条件数的概念，但是它们的真正意义并不是很好理解。

在本文中，我们重新审视这些作为并联机器人优化设计精度指标的概念。

首先，我们指出，通常的雅可比矩阵的输入—输入方程可能不足以分析平台的定位误差。

然后我们检验可操纵性的概念，表明其经典的解释是错误的。

我们考虑各种常见的局部灵巧指数，其中大部分是基于雅可比矩阵的条件数。

值得注意的是，即使对于一个给定的机器人，在一个特定的姿态也会有各种各样的条件数，这些条件数之间都不一致，和我们想得到的精度指标也不一致。

然后考虑了全局调节指数。

除了存在基于错误的局部准确性指数的问题外，还有一个忽略了大部分时间而进行计算的计算问题。

最后，我们检验了其他哪些指标可用于优化设计，并且介绍了计算它们的难度。

1 引言我们将使用一个相对通用的非冗余并联机构的定义。

当一个机构用至少两个运动链来控制自由度n<6的末端执行器时，我们定义它为并联机构，而其他的6-n 个自由度是一个恒定值通过单自由度驱动关节控制。

此外，如果将驱动器锁定，则末端执行器的自由度为0，非驱动关节有一个单自由度。

这样的定义涵盖了经典的六自由度机器人，比如Gough 和Hexa 平台，还有少于六自由度的机构，如Delta 和3-UPU 机构。

如今，并联机构的应用领域越来越广，如望远镜、精定位装置、包装速度快、机床、医疗。

对尺寸非常的敏感是并联机构优化设计的一个关键问题。

最优设计的方法有静力学性能指标。

精度显然是许多应用中的一个关键问题。

并联机构也有串联机构的一些关键问题，因此，针对这些问题做了很多广泛的研究，定义除了很多准确性指标，这些结果已经应用到并联机构上。

本文的目的是检验这些指标是否适用于并联机构。

雅可比矩阵和逆雅可比矩阵用于研究末端执行器的定位精度的，为了这个目的，很有必要研究它们的概念。

冗余并联机构的精度分析作者：殷小龙来源：《科技资讯》 2015年第11期殷小龙（大连大学机械工程学院辽宁大连 116622）摘要：精度和误差是并联机构的重要评价指标，在实际工程中，对并联机构都有很高的精度和误差的要求。

在理论上，并联机构应该比串联机构的精度更高，但由于并联机构具有奇异位形，因此并联机构的精度甚至还没有串联机构高。

该文求出了2自由度非冗余并联机构和冗余并联机构的精度和误差表达式，分析了一类奇异点和二类奇异点在精度方面的差别。

同时指出，要想部分甚至于完全消除机构的奇异位形，引入驱动冗余这一概念是个非常好的方法。

关键词：精度奇异位形驱动冗余中图分类号：TH112 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2015）04（b）-0060-01并联机构的精度是并联机构中的重要参数和指标之一。

末端执行器的位置和姿态的定位精度或误差叫做并联机构的精度或误差。

并联机构无需考虑姿态的精度和误差，只需研究位置的精度和误差[1]。

并联机构杆件的几何误差、控制误差和震动误差等都会引起并联机构的误差，该文只研究并联机构的几何误差[2]。

几何误差的诱发因素主要有驱动关节的误差、关节安装位置误差和关节的制造误差。

其中最重要的因素就是驱动关节误差的影响。

1 非冗余并联机构的精度分析当B的行列式为0时，第一类奇异性触发，此时的末端执行器位于工作空间的边界，无需考虑精度问题。

当A的行列式和B的行列式都为0时，机构不再运动，也无需考虑精度问题[3]。

当A的行列式为0时，第二类奇异性触发，需要考虑此时的位形对精度的影响。

2 冗余并联机构的精度分析3 结语对于非冗余并联机构，误差最大值在第二类奇异曲线上。

在除去奇异曲线的其他区域内，越靠近奇异位形，机构的误差也就越大。

对于冗余并联机构，误差最小的地方在工作空间的中心，越接近工作边界误差越大。

参考文献[1] Y uefa Fang，Lung-Wen Tsai.Structure Snythesis of a Class of 4-DOF and 5-DOF parallel Manipulator with Identical Limb Sturctures[J].The International Journal of Robitcis Research，Vol.21 No.9， September 2014，pp 799-810.[2] X ianwen Kong，Clement M.Gosselin.Type Synthesis of 3T1R 4-DOF Parallel Manipulators Based on Screw Theory[J].IEEE TRANSACTIONS ON ROBOTICS AND AUTOMATION，VOL.20，NO.2，APRIL 2004.[3] 杨廷力.机器人机构拓扑机构学[M].北京：机械工业出版社，2004.[4] C leary K.et Arai T.A prototype parallel manipulator：kinematics construction，software， workspace results and singularity analysis[J].In IEEEInt.Conf.on Robotics and Automation， pages 566-571，Sacramento，11-14 Avril2013.。

《6PUS-UPU冗余驱动并联机器人的冗余力控制实验研究》篇一一、引言随着机器人技术的不断发展，并联机器人因其高精度、高效率及高稳定性的特点，在工业、医疗、军事等领域得到了广泛应用。

6PUS-UPU冗余驱动并联机器人作为一种新型的机器人结构，具有更高的灵活性和适应性。

然而，其复杂的运动学和动力学特性使得其控制问题变得尤为复杂。

特别是其冗余力控制问题，已成为该类机器人研究的重要方向。

本文将针对6PUS-UPU冗余驱动并联机器人的冗余力控制进行实验研究，旨在为该类机器人的应用提供理论依据和技术支持。

二、6PUS-UPU冗余驱动并联机器人概述6PUS-UPU冗余驱动并联机器人是一种具有六个独立驱动的UPS（Universal Parallel Steering）腿和PU（Parallel Unscrewing）模块的机器人。

该机器人结构复杂，具有较高的灵活性和适应性，可广泛应用于各种复杂环境下的作业任务。

然而，其冗余驱动和冗余力控制问题使得其控制难度较大。

三、冗余力控制方法针对6PUS-UPU冗余驱动并联机器人的冗余力控制问题，本文采用了一种基于优化算法的冗余力控制方法。

该方法通过优化机器人的运动轨迹和驱动力分配，实现机器人在完成作业任务的同时，尽可能地减小机器人的能耗和应力。

具体而言，该方法首先建立机器人的动力学模型，然后根据作业任务的需求，设计出合适的优化目标函数。

通过求解该目标函数，得到机器人的最优运动轨迹和驱动力分配。

四、实验设计为了验证上述冗余力控制方法的有效性，我们设计了一系列的实验。

首先，我们搭建了6PUS-UPU冗余驱动并联机器人的实验平台，并对其进行了详细的参数标定和性能测试。

然后，我们设计了多种不同的作业任务，包括搬运、装配、打磨等。

在每种任务中，我们分别采用传统的力控制方法和基于优化算法的冗余力控制方法进行实验。

五、实验结果与分析通过对比实验结果，我们发现，基于优化算法的冗余力控制方法在6PUS-UPU冗余驱动并联机器人的控制中具有显著的优越性。

《基于性能指标的冗余驱动并联机构输入选取研究》篇一一、引言随着机器人技术的快速发展，并联机构在许多领域如精密制造、自动化生产以及复杂空间任务中发挥着越来越重要的作用。

而冗余驱动并联机构作为一种具备更高级功能和更强健性的机构，能够提供更好的工作性能和可靠性。

其设计中的一个关键问题便是如何根据性能指标进行合理的输入选取。

本文旨在研究基于性能指标的冗余驱动并联机构的输入选取方法，以期为并联机构的设计与优化提供理论依据。

二、冗余驱动并联机构概述冗余驱动并联机构是指在传统的并联机构基础上增加一定数量的驱动装置，使机构具有更强的运动能力和灵活性。

这些冗余的驱动可以有效地减小外部干扰和机构内部的力学扰动，从而提高了系统的可靠性和精度。

然而，由于冗余驱动带来的多种可能的驱动组合，使得输入选取成为了一个需要深入研究的课题。

三、性能指标体系的建立在进行输入选取之前，首先要建立一套科学的性能指标体系。

这些指标包括机构的运动精度、速度、力矩等，同时也应包括机构的稳定性和可维护性等。

此外，对于特定应用场景下的并联机构，还需要考虑任务完成速度、能耗等指标。

通过综合分析这些指标，我们可以对并联机构的性能进行全面评估。

四、输入选取方法研究在建立好性能指标体系后，如何根据这些指标进行输入选取是本文的重点研究内容。

本文提出了一种基于遗传算法的输入选取方法。

该方法首先根据性能指标的要求设定一个目标函数，然后通过模拟自然界的遗传和进化过程，寻找最优的输入组合。

在寻找过程中，算法会不断调整输入组合，以使目标函数达到最优值。

五、实验与分析为了验证所提方法的有效性，我们进行了多组实验。

实验中，我们分别对不同类型和规模的冗余驱动并联机构进行了输入选取，并对比了不同方法的效果。

实验结果表明，基于遗传算法的输入选取方法能够有效地找到最优的输入组合，使并联机构的性能达到最优。

六、结论与展望通过本文的研究，我们发现基于性能指标的冗余驱动并联机构的输入选取方法对于提高机构的性能具有重要意义。

并联机构精度评估并联机构精度评估并联机构是一种由多个连杆组成的力学结构，常用于工业机械和机器人的设计中。

评估并联机构的精度对于确保其性能和功能的可靠性至关重要。

下面将按照逐步思考的方式，介绍如何进行并联机构精度评估。

第一步：确定评估指标首先，我们需要确定评估并联机构精度的指标。

常见的指标包括位置精度、角度精度、重复精度和刚度等。

位置精度是指机构输出位置与预期位置之间的偏差，角度精度是指机构输出角度与预期角度之间的偏差，重复精度是指机构在多次运动过程中输出位置或角度的重复性。

刚度则与机构的刚性有关，即在受力情况下的变形程度。

第二步：制定测试方案制定合适的测试方案是评估并联机构精度的关键。

根据评估指标，我们可以设计相应的测试方法。

例如，对于位置精度的评估，可以使用激光测距仪或编码器等设备来测量机构输出位置与预期位置之间的偏差；对于角度精度的评估，可以使用角度传感器来测量机构输出角度与预期角度之间的偏差。

第三步：进行测试在进行测试之前，需要确保测试环境的稳定性和准确性。

例如，要消除机构自身的振动和干扰，可以使用减振器和隔离器等设备。

然后，按照测试方案进行实际测试。

对于每个评估指标，可以进行多组测试，并取平均值来减少误差。

测试结果需要记录并进行分析。

第四步：分析结果对测试结果进行分析是评估并联机构精度的关键步骤。

可以使用统计方法，如计算平均值、标准差和极值等，来评估机构的精度水平。

根据分析结果，可以判断机构是否符合设计要求，并进行进一步的改进和优化。

第五步：验证和验证在分析结果之后，需要进行验证和验证，以确保评估结果的准确性和可靠性。

可以通过与其他测试方法的比较或与已知精度标准的对比来验证结果。

同时，还可以对机构进行长时间运行测试，以检查其稳定性和耐久性。

综上所述，评估并联机构的精度是确保其性能和功能可靠性的重要环节。

通过逐步思考，我们可以确定评估指标、制定测试方案、进行测试、分析结果并进行验证和验证。