关节式刚柔过渡始触点高差研究

串联机器人加工系统关节刚度的 高精度辨识方法
王柴志，尹方辰，黄辉，黄身桂
（华侨大学 制造工程研究院，福建 厦门 ３６１０２１）
摘要： 提出一种串联机 器 人 加 工 系 统 关 节 刚 度 的 高 精 度 辨 识 方 法．首 先，基 于 雅 克 比 矩 阵 的 Ｆｒｏｂｅｎｉｕｓ范 数，得到串联机器人加工系统的灵巧性，并确定工作空 间 内 可 达 姿 态 的 灵 巧 性 数 值 分 布 情 况．然 后，分 别 选 取 ４组不同等级灵巧性的姿态进行关节刚度辨识实验，并计算出相应姿态下的关节 刚 度．最 后，对 辨 识 出 的 ４ 组 关 节 刚 度 的 末 端 变 形 计 算 值 与 测 量 值 进 行 相 对 误 差 分 析 ．结 果 表 明 ：随 着 灵 巧 性 的 增 大 ，机 器 人 关 节 刚 度 辨 识 的准确性越高；相较于灵巧性较小的姿态，灵巧性较大的 姿 态 的 末 端 变 形 计 算 值 与 测 量 值 的 相 对 误 差 可 降 低
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华 侨 大 学 学 报 （自 然 科 学 版） ２０１９年
机器人以其高效率、低成本和良好的重复性等特 点被广 泛地应 用 于 工 业 领 域．然 而，串 联 机 器 人 刚 度弱的问题（传统数控机床的刚度为１０８ Ｎ·ｍ－１，工 业 串 联 机 器 人 的 刚 度 为 １０５ Ｎ·ｍ－１）是 加 工 过 程 中 影 响 末 端 变 形 误 差 与 加 工 性 能 的 重 要 因 素 ．传 统 静 刚 度 模 型 表 明 ，机 器 人 末 端 笛 卡 尔 刚 度 矩 阵 取 决 于 各关节的刚度和雅可比矩阵［１］．因此，为了深入分析机 器 人 末 端 笛 卡 尔 刚 度 矩 阵 的 性 质，准 确 预 测 任 意 外 力 作 用 下 机 器 人 的 末 端 变 形 ，就 必 须 得 到 机 器 人 精 确 的 关 节 刚 度 ．近 ２０ 年 来 ，研 究 人 员 已 在 关 节 刚 度 辨识实验方面进行了相关研究［２］，在测量仪器的改造及 测 量 数 据 误 差 来 源 分 析 等 方 面 也 进 行 了 大 量 的 研究［３?６］．在关节刚度辨识实验中，机器人所处的姿态将对关节刚度的辨识精度产生较大的影响，但 目 前 尚无关于机器人姿态选取的理论分析．基于此，本文以石 材 制品的 机器 人 加 工 系 统 为 研 究 对 象，提 出 一 种串联机器人加工系统关节刚度的高精度辨识方法，并 对不同 等级灵巧性 姿 态 下 的 关 节 刚 度 的 准 确 性 进行比较分析．

广州地铁二号线接触网的特点及其维护检修摘要:广州地铁二号线接触采用了2种形式的接触,其中性接触是国内首次采用,具有重要意义。

在国外地铁界,架空刚性接触已大量采用,效果很好。

架空刚性接触有很多的特点:整体结构简洁、锚段关节和线岔安装调试方便、两端无需设置下锚张力补偿装置、没有断线之忧、施工安装和维护检修精度要求高等等,另外架空刚性接触能很好地满足低净空隧道要求,适用于地下铁道。

架空刚性接触的运行维护检修缺少资料和经验,只能通过实践摸索和积累。

笔者针对广州地铁二号线接触的实际情况,并参考了少量国外资料,对架空刚性接触的特点和维护与检修进行了粗浅探讨。

关键词:广州地铁二号线接触特点维护与检修1. 前言广州地铁二号线东起琶洲,北至江夏,全长,地下线路采用架空式刚性接触接触,地面线路采用传统的柔性接触,其中架空式刚性接触接触是国内首条采用架空式刚性接触技术的刚性接触。

在国外地铁界,如法国、瑞士、西班牙、日本和韩国等国家,架空刚性接触已得到广泛应用(详情见附表3:架空刚性接触在国外地铁的应用情况统计表),且效果良好。

架空刚性接触主要有两种代表型式,即以日本为代表的“T”型结构(见图1)和以法国、瑞士等国为代表的“Π”型结构(见图2)。

目前,全世界地铁“T”型结构采用了约300km,“Π”型结构采用了约150km。

这两种型式的架空刚性接触,“Π”型在汇流排的刚度性能、接触线的固定方式、施工及维护检修和成本等方面具有一定的优势,“Π”型较“T”型更为合理。

因此,广州地铁二号线的刚性接触采用了架空式“Π”型结构。

柔性接触采用了2种形式:地面正线及出入库线、试车线采用双接触线式全补偿简单链型悬挂;车辆段采用单边补偿式简单悬挂。

架空刚性接触,无论是结构形式,还是维护和维护检修方面,与柔性接触都有很大的不同,尤其是在维护和检修方面,国内尚无现存的资料,更没有经验可借鉴。

笔者有幸参与和经历了国内架空刚性接触的研究开发过程,从1999年4月份在广州地铁一号线架设的架空刚性接触示范段和试验段开始,一直到国内首条架空刚接触,即广州地铁二号线建成。

提高机器人结构刚度及关节精度的方法发表时间：2019-04-29T16:35:54.310Z 来源：《基层建设》2019年第6期作者：于帅涛[导读] 摘要：现如今，在我国经济飞速发展的大背景下，国内的传统工业机器人具有工作空间大、结构紧凑、灵活性好等优势，已由早期的物料搬运、点焊、喷涂等操作逐渐应用于制孔、铣削、磨削等高精度金属切削加工领域。

身份证号：13062719830814XXXX摘要：现如今，在我国经济飞速发展的大背景下，国内的传统工业机器人具有工作空间大、结构紧凑、灵活性好等优势，已由早期的物料搬运、点焊、喷涂等操作逐渐应用于制孔、铣削、磨削等高精度金属切削加工领域。

然而，工业机器人相比于机床刚性较弱，金属切削过程中的切削载荷使机器人末端刀具偏离期望的加工轨迹，外部激振力极易引发机器人颤振，影响机器人加工精度；此外，关节减速器内部齿隙也会严重影响机器人精度。

对采用机器人刚度优化、机器人加工误差补偿、机器人传动间隙补偿、机器人加工振动抑制等提高机器人精度方法的研究现状做了总结，提出了两种提高机器人精度的机器人结构改进设计，分别为基于双电机驱动的无间隙传动机器人结构和基于四边形机构的高刚性机械臂结构，并对新型机器人的结构特点进行了阐述。

关键词：提高；机器人结构刚度；关节精度；方法引言金属切削机床是机械加工的主要设备，工业机器人主要用于物料搬运、点焊、喷涂等操作。

目前，航空航天、船舶、高铁等领域需要在装配现场开展大量制孔、磨削、铣削等切削加工，并且需要装配的零部件通常尺寸较大，工装设备复杂，传统的多轴数控加工中心占地面积较大、灵活性不高，往往无法适应此类大型复杂结构件的现场加工需求。

工业机器人工作空间大、结构紧凑、灵活性高，可以弥补机床的不足，由此工业机器人已由早期的简单操作逐渐应用于铣削、钻孔、磨削等高精度金属切削加工领域，然而使用工业机器人进行机械加工仍存在一些技术问题需要解决。

1提高机器人加工精度方法的研究现状1.1机器人刚度的优化方法刚度是影响机器人加工性能的重要指标。

山东理工大学硕士学位论文6R关节型机器人轨迹规划算法研究及仿真姓名：刘好明申请学位级别：硕士专业：机械电子工程指导教师：王效岳20080420山东理丁人学硕十学位论文摘要摘要工业机器人是机器人中的一个重要分支，是机器人领域的重要研究发展方向。

对工业机器人运动轨迹规划和控制的研究，一直受到人们的普遍关注。

关节型工业机器人以其工作范围大、动作灵活、结构紧凑等特点在机器人中备受设计者和使用者青睐。

本文基于模块化设计思想，设计实现一定焊接任务的ＡＳ．ＭＲ０ｂｏｔ６Ｒ关节型机器人，采用Ｄ－Ｈ法对该关节型机器人的机构和运动学进行分析，建立了该关节型机器人的运动学模型；根据目标路径，求出机器人的逆解，在关节空间和操作空间轨迹规划过程中，分别利用模糊Ｃ均值聚类算法、最邻近和Ｋ均值聚类的综合应用来训练网络，实现了ＩｍＦ神经网络的改进，并用该算法实现了轨迹优化，达到了轨迹规划的快速收敛和近似逼近，具有很强的容错能力，避免了因约束点的输入顺序和野值产生的影响，使得规划轨迹达到工程上的要求，从而验证了该算法的可行性。

然后应用虚拟样机技术，在机械系统动力学软件ＡＤ舢ｖＩＳ上建立该Ａｓｍ依０ｂｏｔ６Ｒ关节型机器人的仿真模型，按照已经规划好的末端工具运动轨迹，对实验过程进行轨迹规划仿真，并研究了该关节型机器人的运动学指标在仿真运动过程中的变化情况。

从理论分析和仿真实验结果的一致性，证明了该改进的Ｉ国Ｆ神经网络算法的有效性、合理性和在轨迹规划方面的可行性。

改进的ＲＢＦ神经网络算法可以用于关节型机器人教学或在使用关节型机器人的工业环境中进行仿真演示或实时检测，为机器人轨迹规划优化算法的研究提供了理论上的有力支持，具有较高的应用价值。

关键词：工业机器人；运动学；轨迹规划；ＲＢＦ神经网络；聚类；虚拟样机山东理Ｔ人学硕Ｉｊ学位论文Ａｂｓ仃ａｃｔＡｂＳｔｒａＣｔＡｓａｎｉｍｐｏｒｔａｍｂ１．觚ｃｈｉ１１ｔｈｅｒｏｂｏｔｆＩａｍｉｌｙ＇ｉＩｌｄｌ倒时ｒｄｂｏｔａｎｄｄｅＶｅｌｏｐｍｅｎｔ面ｅｍａｔｉｏｎ．Ｔｈｅ蛔ｊｅｃｔ０巧ｐ１黜血ｇｄｅｓｉ弘ｅｒａＩｌｄＢ２Ｌｓｅｄａｌｌｓｅｒｉｔｓ咖ｌｉｓａｎｉｌＩｌＩ，ｏｒｔａｎｔｒｅｓｅ锄ｃｈａｎｄｈａＶｅｂｅｅＩｌｐａｉｄｅＩｌｏｕ曲ａ：ｔｔ枷ｏｎｂｙｒｅｓｅａｒｃｈｅｒｓｉＩｌｔｈｅ、Ⅳｏｒｌｄ．ｈｌｍｅｇｒｏｕｐｏｆｍｂｏｔｓ，Ⅱｌｅａｎｉｃｕｌａｔｅｄｒｄ）ｏｔｉｓｃａｒｅｄｂｙｆ．０ｒｉｔｓｂｒｏａｄｗｏｒｋｒａｌｌｇｅ，ｆｌｅＸｉｂｌｅｍｏＶｅｎｌｅｎｔ狃ｄｃ伽叩ａｃｔＳ廿ｕｃ嘶．ａｃｈｉｅｖｅａｒｅｏｎｍｏｄｕｌ碰ｚａｔｉｏｎ，ｄ商盟ａ６ＤＯＦｍａＩｌｉｐｕｌａｃｏｒＡＳ一瑚Ｒ０ｂｏｔ６Ｒｗｈｉｃｈｃａｌｌｃｅｒｔａｉｌｌａｓｓｉ缪ｍｌｅｍ．ｈ廿ｌｉｓｐａｐｅｒ，ｍｅｋｉＩｌ锄ａｃｉｃｓａ１１ｄ锄ａｌｙｚｅｄｔｈｅｂｙｍｅａｎＳｏｆＤｅＩｌ撕ｔ－Ｈａｒｔｅｌｌｂｅ唱ｍ甜１０ｄ，ｕｌｅｎａｒｅｍｅ鼢ａｔｉｃａｌｄｙｎ锄ｉｃｓｏｆｍｅａｎｄｍａｎｉｐｕｌａｔｏｒｄｙｌｌ锄ｉｃｍｏｄｅｌｏｆｔｏｉｌｌｌｐｒｏＶｅｄＲＢＦｍａｌｌｉｐｕｌａｔｏｒｅＳｔａ：ｂｌｉｓｔｌｅｄ．Ａｎｅｒｔｈｅｉ１１ｖｅｒｓｅｋｉｎｅＩＩｌａｔｉｃｓｏｆｒｄｂｏｔｂｅｉｎｇｓ０１ｖｅｄｗｉｍⅡ１ｅｐａｍｉＩｌｈａｄｐ０硫ｅｄＮｅｔｕｒａｌｐ础，ｍｅｍ嘶ｏｎｊｏｉｌ】庀ｓｓｐａｃｅｗ嬲ｏｐｔ妇ｉｚｅｄａＣＣ删ｎｇＮ咖ｏｒｋ、７ｌ耘ｃｈｂｅｅｌｌ埘ｎｅｄｂｙＦｌｌｚｚｙＣａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｏｆｎｅａｒｅｓｔａｎｄＫｍｅａＩｌｓｃｌｕｓｔｅ打ｎｇｄＩⅡ缸ｇｐｌ础ｇ．Ｔ１１ｉｓ面ｍｍｅｔｉｃＭｅａｎｓｃｌｕｓｔ甜ｎｇａｎｄⅡｌｅｇ肌ｅｒａｌｍａｌ（ｅⅡ１ｅｆ掇ｔｌｌｅｃｏｎｖｅ唱ｅｎｃｅ锄ｄｍｉｓｔａ：ｋｅ锄ａｌ謦ＩｌＩｌａ缸ｏｎ姗ｅ仇ｌｅａＩｌｄａｖｏｉｄｍｅｉＩｌｆ＆ｔｉｏｎｏｆｔｌｌｅｉｎｐｕｔｏｆｄｅｒｏｆｅｘｉｓｔ饥ｃｅｏｆⅡｌｅｍｅｒｅｓ砸ｃｔｅｄｐｏｉｎｔ甜ｌｄｔｌｌｅｅｒｒａｃｉｃ洲ａｔｃｈｎｕｍ嘶ｃａｌＶａｌｕｅ，ａＩｌｄａ出ｅＶｅｓ嘲ｕｅｓｔｏｆｔｈｅｐ删ｅｃｔ，ａｌｌｏｆⅡ１ｉｓｖａｌｉｄａｔｅｓｉｔｓＭ妇ｇａｃｃ删ｎｇｕｓｅｏｆｍｅｖｉｍｌａｌｐｒ０咖ｉＩｌｇｅ丘硎Ｖｅｌｌｅｓｓ锄ｄｆｅ硒ｉｂｉｌ咄ｔｅｃ王１１１０ｌｏｇ弘Ⅱ１ｅｍａｌｌｉｐｕｌ砷ｏｒ‟ｓｍｏｄｅｌｉｓｆｏｕｎｄｅｄｉｌｌｏｆｍｅｃｈａｌｌｉｃａｌｓｏ脚ａｒｅＡＤＡＭＳⅡ１ａｔｄｅｖｅｌｏｐｅｄｆｏｒｄｙｎａＩｌｌｉｃｓ狮ａｌｙＳｉｓｓｙｓｔ锄．Ｆｕｍｌ咖ｏｒｅ，ｔ０ｍｅｐｌａｌｌｏｄｐａｍ，ｍｅｃｈ觚ｇｅｓｏｆｍｅｃｉｌｌｅＩＩｌａｔｉｃ砒ｌｄｄｙｎ砒ｌｌｉｃｉＩｌｄｅｘｅｓｏｆⅡｌｅｃｏｕｒｓｅａｎｉｃｕｌａｔＩｃｄｍａＩｌｉｐｕｌａｔｏｒｉ１１ｔｈｅⅡｌｉｓａｐｐｒｏａｃｈｒｏｂｏｔａｒｅｏｆｍｏｖｉＩｌｇａｒｅｓｔｕｄｉｅｄ．Ｔｈｅｅ岱ｏｃｔ～ｅＩｌｅｓｓａｎｄＶａｌｉｄｉ锣ｏｆａｐｒｏＶｅｄｂｙⅡｌｅ０瞅ｉｃａｌ锄ａｌｙＳｉｓａ１１ｄ幽ｕｌａｔｉｏｎｒｅｓｕ坻．ｎ谢Ｕｈｅｌｐｉ叫）ｒｏＶｅｄＲＢＦ１０ｔｉＩｌｔ１１ｅｔｅ犯１１ｉＩｌｇ，ｄｅｓｉｇｌｌｉｌ唱，ｒｅｓｅａｒＣｌｌｉｎｇ锄ｄｓｅｌｅｃｔｉｌｌｇ．１１１ｉｓｎｅｔｕｌ面ｎ舐ｖｏｄ【ａ打Ⅱｌｍｅｔｉｃｈ舔ｇｒｅａｔａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｖａｌｕｅ锄ｄｐｒ０Ｖｉｄｅｓｔｈｅｏｒ以ｃｉｌｌ如ｎｎａｔｉｏｎ南ｒ吐ｌｅ臼匈ｅｃｔｏ巧ｐｌ础ｇＫｅｙｏｆｒｏｂｏｔ．ｗｏｒｄｓ：ｈｌｄｕ呻Ｒｏｂｏｔ；陆ｅＩｌｌａｌｉｃｓ；删ｅＣｔ吖Ｐ１锄ｉｎｇ；Ｃ１埘ｅ血ｇ；ⅦｔｕａｌｍｔｏｔｙｐｅＲＢＦＮｅｔｕ］ｒａｌＮ咖础；独创性声．明本人声明所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。