資源描述：
《基于公垂線模型的串聯(lián)機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)學(xué)標(biāo)定方法研究》由會(huì)員上傳分享，免費(fèi)在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在學(xué)術(shù)論文-天天文庫。
1、分類號(hào)學(xué)號(hào)D201077114學(xué)校代碼10487密級(jí)博士學(xué)位論文基于公垂線模型的串聯(lián)機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)學(xué)標(biāo)定方法研究學(xué)位申請(qǐng)人：喬昱學(xué)科專業(yè)：機(jī)械電子工程指導(dǎo)教師：陳幼平教授陳冰副教授答辯日期：2017年11月3日ADissertationSubmittedinPartialFulfillmentoftheRequirementsfortheDegreeofDoctorofPhilosophyinEngineeringResearchonmethodsofserialmechanismkinematiccalibrationbasedoncommonperpendicu
2、larlinemodelPh.D.Candidate:QiaoYuMajor:MechatronicsEngineeringSupervisor:Prof.ChenYoupingA.P.ChenBingHuazhongUniversityofScience&TechnologyWuhan430074,P.R.ChinaSep,2017華中科技大學(xué)博士學(xué)位論文摘要以串聯(lián)工業(yè)機(jī)器人和多軸數(shù)控機(jī)床為代表的串聯(lián)機(jī)構(gòu)是高端裝備制造業(yè)的基石。串聯(lián)工業(yè)機(jī)器人對(duì)于提高生產(chǎn)線柔性、提高工廠自動(dòng)化水平起著至關(guān)重要的作用。另一方面，多軸數(shù)控機(jī)床，特別是串聯(lián)五軸數(shù)控機(jī)床因在加工過程中
3、可以同時(shí)調(diào)整刀具的位置和姿態(tài)，所以大幅提高了加工的效率和精度，是航空航天、能源、國防等領(lǐng)域中重要的基礎(chǔ)設(shè)備。由于在制造、裝配環(huán)節(jié)普遍存在誤差，所以串聯(lián)機(jī)構(gòu)需要經(jīng)過標(biāo)定才能達(dá)到設(shè)計(jì)的性能。近幾年指數(shù)積公式因固有的連續(xù)性越來越多的被應(yīng)用于串聯(lián)機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)學(xué)標(biāo)定。目前基于指數(shù)積公式的串聯(lián)機(jī)構(gòu)標(biāo)定方法尚存在如下問題：基于指數(shù)積公式的運(yùn)動(dòng)學(xué)模型中均缺乏表達(dá)機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)副軸線變換的參數(shù)，也就是說目前的運(yùn)動(dòng)學(xué)模型不能夠方便的表達(dá)運(yùn)動(dòng)副軸線偏離名義位姿的情況。傳統(tǒng)的基于指數(shù)積公式的誤差模型所采用的誤差表達(dá)方式不符合李代數(shù)的運(yùn)算法則，這造成了在參數(shù)辨識(shí)的環(huán)節(jié)中需要額外引入歸一化、正交
4、化來解決這個(gè)問題。尚沒有可以在任意坐標(biāo)系標(biāo)定機(jī)器人的方法，造成了機(jī)器人的標(biāo)定被分為機(jī)器人本體標(biāo)定和基坐標(biāo)系標(biāo)定兩個(gè)過程。由于機(jī)器人基坐標(biāo)系難于被直接測量，因此機(jī)器人基坐標(biāo)系的標(biāo)定過程復(fù)雜，而且標(biāo)定結(jié)果難以滿足要求。本文以基于公垂線模型的串聯(lián)機(jī)構(gòu)標(biāo)定方法為目標(biāo)，分別針對(duì)上述問題展開研究：⑴以旋量理論、伴隨變換為依據(jù)，通過將運(yùn)動(dòng)副名義旋量與實(shí)際旋量作為線矢量進(jìn)行分析，提出可以表示兩者間變換關(guān)系的公垂線變換。進(jìn)一步提出了一種基于公垂線模型的串聯(lián)機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)學(xué)模型。并分別建立了PUMA型串聯(lián)機(jī)器人和工作臺(tái)回轉(zhuǎn)型五軸數(shù)控機(jī)床的公垂線運(yùn)動(dòng)學(xué)模型。⑵通過分析公垂線變換的性質(zhì)，提
5、出了基于公垂線模型的機(jī)器人等效運(yùn)動(dòng)學(xué)誤差參數(shù)的總數(shù)為42rp?+6，其中r為轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)節(jié)數(shù)量，p為移動(dòng)關(guān)節(jié)數(shù)量。采用公垂線變換避免了其他基于指數(shù)積公式的運(yùn)動(dòng)學(xué)標(biāo)定方法中歸一化、正交化操作，簡化了標(biāo)定過程中的運(yùn)算。而后將所提出的基于公垂線模型的串聯(lián)機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)學(xué)標(biāo)定方法進(jìn)行改進(jìn)，使之適應(yīng)于使用球桿儀作為測量手段，并適用于五軸數(shù)控機(jī)床的運(yùn)動(dòng)學(xué)標(biāo)定。I華中科技大學(xué)博士學(xué)位論文⑶在公垂線模型的基礎(chǔ)上提出了一種無名義運(yùn)動(dòng)學(xué)參數(shù)的標(biāo)定方法。該標(biāo)定方法將運(yùn)動(dòng)學(xué)標(biāo)定、基坐標(biāo)標(biāo)定兩個(gè)步驟合并為一個(gè)，僅需要機(jī)器人的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，以及在指定坐標(biāo)系下多組末端位姿數(shù)據(jù)，經(jīng)過計(jì)算即可得到機(jī)器人在該坐
6、標(biāo)系下的精準(zhǔn)運(yùn)動(dòng)學(xué)模型。采用該方法可以取代傳統(tǒng)的機(jī)器人出廠標(biāo)定和生產(chǎn)現(xiàn)場實(shí)施的針對(duì)機(jī)器人基坐標(biāo)的快速標(biāo)定方法，并顯著減少因快速標(biāo)定造成的機(jī)器人在工作坐標(biāo)系下的位姿誤差，提高整體精度。另外本方法還可用于多機(jī)器人系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)學(xué)標(biāo)定，得到系統(tǒng)中每個(gè)機(jī)器人基于系統(tǒng)坐標(biāo)系的精準(zhǔn)運(yùn)動(dòng)學(xué)模型，消除多機(jī)器人系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)學(xué)模型中的基坐標(biāo)變換矩陣。⑷將本文提出的標(biāo)定方法分別應(yīng)用于PUMA型機(jī)器人、五軸工作臺(tái)回轉(zhuǎn)型數(shù)控機(jī)床的標(biāo)定實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明本文提出的基于公垂線模型的串聯(lián)機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)學(xué)標(biāo)定方法可以顯著地提高串聯(lián)機(jī)器人和串聯(lián)數(shù)控機(jī)床的絕對(duì)位姿精度。同時(shí)可以在任意坐標(biāo)系下標(biāo)定串聯(lián)機(jī)器人，將目
7、前機(jī)器人標(biāo)定與基坐標(biāo)標(biāo)定兩個(gè)步驟合為一個(gè)，并顯著提高整個(gè)系統(tǒng)的精度。關(guān)鍵詞：運(yùn)動(dòng)學(xué)標(biāo)定、公垂線模型、串聯(lián)機(jī)構(gòu)、誤差模型、指數(shù)積公式、旋量理論。II華中科技大學(xué)博士學(xué)位論文AbstractTheserialmechanismrepresentedbyserialindustrialrobotsandmulti-axisCNCmachinetools,isthecornerstoneofhigh-endequipmentmanufacturingindustry.Seriesindustrialrobotsplayanimportantroleinimprovin
8、gtheflexibilityofth
