利用姿态约束的并联机器人运动学标定方法

为了提高并联机器人运动精度,提出了一种利用姿态约束的运动学标定方法.借助一个双轴倾角仪,建立了机器人末端2个姿态角恒定约束,根据这种约束构造了相应的辨识模型和标定算法.标定算法得益于倾角仪重复精度和分辨率高于位置精度的特点,不受其位置精度和量程的限制,同时可避免施加机械约束给并联机器人主动关节带来特殊要求.仿真计算表明,在杆长测量精度为2μm、倾角仪重复精度为0.001°的条件下,经过标定后并联机器人的位置精度可达0.1 mm,姿态精度可达0.01°.     

紧凑型内嵌扭矩传感器机器人关节设计

内嵌扭矩传感器的紧凑型一体化关节可增加机器人的负载质量比,提高力控安全性,更适用于服务行业。通过对轻型协作机器人关节的研究,提出了机器人关节系统整体设计方案。基于关节设计参数,研究关节系统工况负载下的可靠性。对关节扭矩特性进行分析,设计了17型号关节扭矩传感器本体,并采用有限元仿真方法,验证了应变片安装位置的合理性。研制了放大与低通滤波电路系统,并对传感器进行实验分析标定,拟合扭矩电压特性曲线,得到线性度、灵敏度、迟滞和零漂参数。最后对研制的关节整机进行负载测试,并应用于五自由度碳纤维轻型机械臂系统。结果表明:紧凑型内嵌扭矩传感器机器人关节质量轻、负载能力高,扭矩传感器具有较高的精度和灵敏度。     

湿度变送器信号调理电路的设计

利用薄膜电容湿度传感器设计了湿度变送器.湿度变送器以湿敏元件为核心,利用或非门电路或者555电路构成检测电路,利用运算放大器OP295和BD237构成输出电路,实现4～20 mA电流输出. 利用RCV420构成输出电路,实现0～5 V电压输出.利用盐饱和溶液标定法对湿度变送器进行标定,制出精度达±2%的湿度变送器.经过实际应用证明,其硬件结构简单,成本低,具有较好的测量精度,适于日常生活和工业过程控制.     

基于单维拉线测量系统的码垛机器人定位误差分析及运动学标定

以四自由度码垛机器人为研究对象,基于单维拉线测量系统对该机器人的运动学标定方法进行了研究.采用环路增量法构造了码垛机器人平行四连杆的误差模型,并建立了带关节变量比例系数的运动学误差模型,从而对关节传动误差进行补偿.通过对影响机器人末端位置精度的几何误差参数进行敏感性分析,将几何误差源简化为11项,可有效提高辨识效率.结合单维拉线测量系统的特点,建立了末端运动误差与几何误差源的映射关系,进而提出了一种基于距离测量的参数辨识模型.通过计算机仿真和标定试验对该方法的有效性进行了验证.试验结果表明,标定后码垛机器人位置误差3?值由11.73,mm减小至1.79,mm,运动精度提升84.7%,.     

柔性可穿戴的腕关节运动角度传感器

为解决难以在柔性康复机器人上安装角度传感器的问题,设计了一种柔性可穿戴的腕关节掌屈运动角度传感器。基于光纤宏弯损耗原理,将光纤嵌入硅橡胶,构成柔性传感模块。硅胶模块与织物结合,组成测量腕关节掌屈运动的角度传感器。该传感器具有对温度不敏感,不受电磁干扰,成本低,不干扰柔性驱动器工作等优点。设计并制造该传感器,试验验证结果表明,硅胶模块在重复拉伸收缩运动时的重复性误差为1.42%、迟滞为1.39%、标定误差为0.53%。与传统的用量角器测量关节运动角度的方法比较,该传感器的测量误差更低,能够实现实时角度监测,与驱动器组成闭环控制,具有实际的应用价值。     

基于双姿态传感器的关节运动角度测量方法

针对单自由度关节运动角度测量精度制约于传感器安装姿态的问题,文章以肘关节相对运动角度为测量对象,提出了一种基于双姿态传感器的关节运动角度测量方法。通过欧拉角法建立相应的数学模型,详细阐述了运用双姿态传感器对关节运动角度进行测量的测量原理;并通过静态验证实验与动态对比实验对该测量方法进行了验证。实验结果表明:采用该方法对关节相对运动角度进行测量,于传感器安装姿态无任何特殊要求,测量精度可以达到±0.5°,在实际测量应用中切实可行。     

工业机器人几何参数标定综述

工业机器人几何参数误差是影响机器人作业精度的主要误差源,对其精确标定能够在不改变硬件设备前提下提高机器人绝对定位精度.在深入分析国内外有关几何参数标定方法基础上,根据测量方法的不同将机器人几何参数标定总结为外部测量标定法和自标定法两种.对外部测量标定法从建模、测量、参数辨识和误差补偿方面进行总结;对自标定法从基于空间约束和冗余传感器两个方面展开阐述.分析现有机器人几何参数标定方法存在的不足,提出面向新一代几何产品技术规范(GPS)的机器人几何参数标定发展方向.     

一种基于双平行平面的激光雷达和摄像机标定方法

针对单线激光雷达和摄像头的外参数估计问题,提出一种基于双平行平面的标定方法,标定过程分为单传感器相对车体位姿的标定和多传感器联合标定2个部分.利用激光雷达在双平行的平面标定板上的扫描信息,获取激光雷达相对于车体的俯仰角度和偏转角度;通过黑白棋盘格获取摄像头相对于车体的姿态外参数;最后综合前两步的结果和两种传感器在车体的精确安装位置,对激光雷达、摄像头和车体进行联合标定.本文提出的方法只要让标定物放置于车体正前方,采集一次数据就能满足整个标定过程,实现多个传感器的联合标定.实验结果表明,该方法的标定精度较高,简单实用.     

改进几何法求解逆运动学的仿真和实验研究

针对一般机器人逆运动学求解存在精度低、控制误差大的问题,研究了一种改进几何法。该方法在采用传统几何法求解出前三个关节角度的基础上,通过机器人的姿态和六个关节角度的关系求解后三个关节角度,最终达到提高求解精度的目的。以Denso-VP6242机器人为研究对象,借助robotics toolbox进行运动学仿真,并在Simulink/QuaRC平台下,采用改进几何法控制机器人运动,仿真和实验结果均表明,与传统几何法相比,改进几何法具有较高的可靠性。     

基于dSPACE并行处理平台的宏-微机器人控制系统

基于dSPACE并行处理平台研制了四自由度激光作业的宏=微机器人及其控制系统，系统结构开放，运行可靠、计算性能高，并且可以将实时控制与实时仿真相融合，实现了与MATLAB的无缝连接，宏机械手的关节位置测量采用30对级的多级旋转变压器，微机械手关节位置测量采用电容式位置传感器，通过PHS（peripheral high speed）总线接口采样关节位置，输出控制力矩，驱动电路采用双极性H桥型脉宽调制（PWM）功放，为了保证机器人运动的安全性，功放电路中设计了过流保护，电流以负反馈和电源连锁电路。     

激光测量的光线遮蔽消除和重定位方法

针对普通单光源单接收器传感器普遍存在的反射光线遮蔽现象,提出了一种自动消除光线遮蔽的方法和测点快速重定位算法.它是通过变换传感器空间姿态使发射光线避开遮挡物,并采用重定位算法重新标定测量坐标系,从而实现高效高精度测量.实验验证表明,该方法简单实用,具有一定的参考价值.     

A novel wide-range precision instrument for measuring three-dimensional surface topography

We developed a measuring instrument that had wide range, high precision, small measuring touch force. The instrument for three-dimensional (3D) surface topography measurement was composed of a high precision displacement sensor based on the Michelson interference principle, a 3D platform based on vertical scanning, a measuring and control circuit, and an industrial control computer. It was a closed loop control system, which changed the traditional moving stylus scanning style into a moving platform scanning style. When the workpiece was measured, the lever of the displacement sensor returned to the balanced position in every sample interval according to the zero offset of the displacement sensor. The non-linear error caused by the rotation of the lever was, therefore, very small even if the measuring range was wide. The instrument can measure the roughness and the profile size of a curved surface.     

PCB平面绕组力矩电机闭环反馈式驱动系统设计

针对PCB平面绕组力矩电机运转时平稳性的问题,采用能实现极低导通电阻的IRF2807PBF MOS管作为驱动电路的主要芯片,结合IR2010s驱动芯片以及STM32F103ZET6主控芯片搭建整体的驱动电路,提升了在慢速情况下电路的驱动能力。利用SS361RT霍尔磁性位置传感器,形成速度闭环反馈,并运用自抗扰控制算法对速度增量进行控制,使用PI电流环对电流增量进行控制,最后通过SVPWM模块输出六路PWM脉冲序列控制三相全桥电路中的各相MOS管导通,从而实现了一种针对PCB平面绕组力矩电机的PWM闭环反馈式平稳调速驱动系统。通过仿真和实验表明,相比于使用传统的PI速度环设计的电机驱动系统,该驱动系统在相同转速下能大大提升电机运行时的平稳性。将驱动系统用于光学生物测量仪PCB平面电机控制的延迟线部分,能使延迟线平稳低速运行,保证了测量精度。     

线列CCID传感器的硬件设计方法

给出了线列ＣＣＩＤ图像传感器的驱动电路和输出信号处理电路设计方法，并以ＧＺ１０１Ａ线列ＣＣＩＤ为例，介绍了具体电路和输出信号的波形，利用设计出的两部分电路和ＧＺ１０１Ａ器件可构成尺寸，位置等工业在线测量系统的通用传感器。     

基于霍尔元件的EPS位置传感器

针对传统的电阻接触式位置传感器存在有触点、可靠性差、寿命短的缺点,提出了一种基于可编程三轴霍尔元件的EPS位置传感器设计方案。对机械结构和电路结构分别进行了研究。机械结构中设计出磁体和转子一体化的转子架,磁体采用径向一对极充磁的方案,使霍尔元件表面磁感应强度变化均匀,提高了传感器的定位精度,并减化了结构,使可靠性提高。电路结构设计中采用了独特的抗干扰电路,保证传感器能够抵抗来自外部的干扰而正常工作。该方案利用霍尔元件,实现了对扭矩的非接触测量,使用该方案设计的传感器可替换电阻接触式位置传感器。     

电感式位移传感器测量系统精度损失诊断

实际应用过程中,时间的推移和系统内外的异常因素,导致动态测量系统,尤其是带有机械结构的动态测量系统的精度无法保持.为了及时了解系统内部各结构单元的精度损失情况,并为系统的优化设计提供理论依据,利用误差分解和溯源的方法,诊断电感式位移传感器动态测量系统各组成单元的精度损失.实验结果表明：对整个测量系统总精度损失影响最大的是偏心轮的精度损失;对于位移传感器,其测量总精度损失与偏心轮的精度损失无关,放大电路倍数的损失是最主要的影响因素.     

一种电磁耦合集成角度传感器的关键模块设计

设计了一种基于电磁耦合原理的集成角度传感器.该传感器由两块电路板与一片专用信号处理芯片组成,在电路板上实现了激励线圈、接收线圈和反馈线圈的设计,通过交变电磁场之间的电磁耦合完成角度信息的转换.传感器芯片设有增益编程模式、零度标定模式,可消除制作工艺与装配过程带来的误差,并实现零度标定;以CORDIC算法为核心设计了角度解码电路,经过误差补偿,大大减小了CORDIC算法在反正弦运算中的误差.经实验测试,数字电路组成的关键模块工作正确,其角度解码范围为0°～120°,误差小于0.05°,满足传感器0.5°的整体设计要求.     

一种基于视觉测量的大型碟式聚光器 镜面单元位姿调节方法

根据大功率碟式聚光器镜面单元结构特点及在线安装过程中对镜面单元位姿快速检测、高效调节和精确定位的需要,提出了一种基于三目视觉测量和机器人辅助安装的镜面单元位姿调节方法.建立了任一镜面单元角点空间坐标方程,设计了镜面单元位姿调节系统结构,并明确了相应调节方法与步骤.以38 k W碟式聚光器为例,对镜面单元不同位姿进行了光学计算,分析了视觉测误差和镜面单元制造误差等因素对镜面单元位姿调节的影响.结果表明,基于视觉测量的调节方法,在不考虑其他误差情况时,当视觉测量误差和镜面单元制造误差的综合误差控制在±2 mm内,能满足镜面单元位姿调节精度要求.     

电容传感器处理电路

为减少电容传感器处理电路带来的测量误差,提高仪器的测量精度和稳定性,利用对称平衡电路,选用“零”温漂系数的电容作为参考,用于补偿温度变化引起的电子元器件参数漂移带来的误差;采取“中和电流”的方式,消除本体电容、寄生电容对测量结果的影响,提高了传感器的测量分辨率,降低了处理电路对驱动电缆的要求．实验表明,用1．5m长的电容传感器测量油位,分辨率可达0．1mm,常温下长期稳定性小于0.3mm,与其他处理方式相比,精度从0．8％提高至0．18％．