基于激光跟踪仪的机器人末端负载重力辨识与在线补偿方法

为准确测量工业机器人在飞机装配中的真实装配受力,提出了一种基于激光跟踪仪的机器人末端负载重力辨识与在线补偿方法。借助激光跟踪仪等外部测量设备,建立了机器人系统的全局运动学模型,实现机器人末端位姿的精准获取。利用卡尔曼滤波处理力传感器信号,以获取更加准确平稳的外部力信息。基于最小二乘法建立了末端负载重力分量与位姿的映射关系,其中,考虑了力传感器的零点偏移与机器人安装偏差带来的影响。最后开展了机器人负载重力在线补偿试验,试验结果表明,该方法具有良好的效果。     

面向航天器装配的机械臂柔性力控研究

针对航天器装配的特点,研究一种机械臂柔性力控方法:在机械臂末端安装六维力传感器感力与力矩信息,通过重力补偿消除负载重力的影响,得到外部作用力/力矩信息作为输入控制机械臂运动,实现负载的柔性随动。     

融合视觉与力觉的卫星装配误差在线测量与补偿方法

针对机器人卫星装配阶段舱板与主框架装配精度低、装配干涉力过大的问题,提出了一种融合视觉与力觉的卫星装配误差在线测量与补偿方法。利用视觉检测装置建立卫星舱板与主框架装配误差在线测量系统,并完成了双目标定、机器人手眼标定、其他部件相对位姿的标定,提出了卫星舱板与主框架装配误差补偿控制方法,实现了装配误差实时测量与精确补偿;同时,通过力觉检测装置完成了机器人末端负载辨识与重力补偿,实时测量卫星舱板与主框架装配干涉力,实现了卫星柔性装配。试验结果表明,采用融合视觉与力觉的卫星装配误差在线测量与补偿方法后,卫星舱板与主框架装配误差控制在0.2 mm以内,装配干涉力小于50 N,满足了卫星装配的精度需求,证明本文所提方法的有效性和稳定性。     

基于机械关节反馈的机器人精度补偿技术

工业机器人因其高柔性和低成本而正被越来越多地应用于飞机自动化装配生产线中,但其绝对定位精度差一直是制约其发展的瓶颈。为了进一步提高机器人末端的定位精度,提出了基于机械关节反馈的机器人定位精度补偿方法,该方法通过在机器人的关节处安装绝对式光栅尺,将关节伺服引入到机器人的控制中,来实现机器人关节的闭环控制,从而降低关节误差对末端位置的影响,提高关节的定位精度。试验结果表明,机器人的绝对定位误差由补偿前的最大值1.125mm降低到0.167mm,该方法能够有效地降低机器人的绝对定位误差,实现机器人的高精度控制。     

力控制技术在飞机数字化装配中的应用

飞机数字化装配技术的发展要求提高装配自动化水平,工业机器人因此得到广泛使用,而工业机器人在定位精度与结构刚度上的局限性又催生了力控制技术的研究与发展.力控制技术不同于传统的位置控制,是利用安装在机器人上的传感器反馈力的数据,以此为依据驱动机器人将构件或工具送达最佳装配位置的技术.叙述了力控制技术的发展背景、基本原理、系统组成与应用实例,并对力控制技术在飞机数字化装配中的进一步发展作出了展望.     

基于阻抗内环的新型力外环控制策略

对于空间装配等与环境进行交互的任务,迫切要求空间机器人具有力控制的能力。利用机器人的关节力矩传感器,提出了一种新型的基于阻抗内环的力外环控制策略。在该方法中,内环采用阻抗控制代替传统的位置控制。阻抗控制内环使机器人具有一定的柔顺性,力外环通过期望力与实际力的误差对内环的参考轨迹进行修正,实现了机器人的力跟踪控制。另外,为了验证利用关节力矩传感器间接测量末端接触力的效果,机器人末端安装了一个高精度的JR3腕力传感器用来直接测量实际接触力。在基于位置内环和阻抗内环的力外环控制方式下,进行了机器人接触刚度变化较大环境（海绵、泡沫和铁块）的力跟踪实验。实验表明,当环境刚度变化较大时,相对于传统的力外环方法,本文提出的方法能够实现稳定的力跟踪性能。尤其对于铁块这种刚度很大的环境,该方法的有效性更加明显。     

风扇/压气机周向模态识别中传感器角度偏差的影响

基于任意角度压缩感知(CS)方法分析了传感器安装角度偏差对风扇/压气机周向模态识别重构的影响,设计了一套自适应角度优化程序修正重构误差。利用数值试验探究了传感器角度偏差和数量对周向模态重构结果的影响,研究表明:当角度偏差等级为2.5%时,平均重构误差达到10%以上,若保证重构误差基本不变,将传感器数量从7个增加至25个,仅可以将角度偏差等级放宽至4%。而采用小生境微种群遗传算法进行自适应角度优化,在20 dB信噪比下,通过自适应角度优化可将角度偏差等级从2.5%放宽至10%,降低了传感器安装的精度要求。成功优化了一款冷却风扇在前三阶叶片通过频率下的主要周向声模态重构幅值。自适应角度优化算法有效提升了基于压缩感知的风扇/压气机周向模态重构可靠性。     

工业机器人绝对定位误差补偿方法

现场环境下工业机器人连续作业运行容易导致定位漂移问题,利用外部高精度测量系统获取其末端执行器精确三维位置信息是机器人绝对定位误差的有效补偿方式.针对误差补偿三维测量高效率、高精度、高适应性要求,提出了一种基于工作空间测量定位系统的工业机器人精度补偿方法.利用测量定位系统的动态特性,设计了针对机器人工作轨迹空间的网格划分...     

基于工业机器人的复杂曲面件保压侧移控制方法

在保压力加载过程中,复杂曲面件在侧向力的作用下产生位姿侧移。为了保证复杂曲面件的位置精度,构建复杂曲面件保压控制系统,借助激光位移传感器和T-Mac激光跟踪系统,测量复杂曲面件的位置并在线补偿误差。通过3个位移传感器测量实际加载点的法矢方向,利用夹角逼近算法搜索获得实际点位,对比理论点位,得到复杂曲面件与机器人的相对位置。根据T-Mac实时反馈机器人的位置,解算获得复杂曲面件的绝对位置,并调整机器人末端实现复杂曲面件的位置修正。试验结果表明,经第3次在线补偿后,复杂曲面件位置精度达到0.1mm,相比原始误差提升了90%。     

一种基于光栅传感器反馈的混联机器人动态精度控制策略

为了有效抑制因减速器和丝杠–螺母副等传动误差及弹性变形等因素引起的跟随误差,提高混联机器人的末端动态精度,利用安装在摆角头减速器输出侧和并联机构从动关节上的高精度光栅传感器,研究混联机器人的动态精度控制策略。在PID+前馈体系架构下,采用Lyapunov稳定性理论,设计出基于光栅传感器和伺服电机编码器位置反馈的控制律,据此构建出混联机器人的动态精度补偿器。以天津大学自主研发的TriMule-200混联机器人为研究对象,开展了试验验证。结果表明,相比于半闭环位置控制,所设计的动态精度补偿器能够大幅提高混联机器人的末端动态精度,动态误差的最大降幅达到82.88%,由此验证了所提出基于光栅传感器反馈的动态精度控制策略的有效性。     

面向飞机装配的机器人定位误差和残差补偿

工业机器人由于其高柔性和低成本而被越来越多地应用到飞机自动钻铆系统中,使用精度补偿有效地提高机器人的绝对定位精度是保证产品质量的关键,为进一步提高机器人末端定位精度,提出了基于误差相似度的残差补偿方法。首先使用基于运动学参数标定的方法辨识出机器人的几何参数误差,再利用基于误差相似度的方法对残余误差进行估计,实现对机器人的误差和残差的补偿。以工业机器人KUKA KR-30 HA为对象所进行的试验验证表明,机器人的绝对定位精度平均值由补偿前的0.879mm经过定位误差补偿后提高到0.194mm,经过残差补偿后进一步提高到0.141mm,经过定位误差和残差补偿后的机器人最大误差由1.492mm降低为0.296mm,最大绝对定位精度误差降低了80.16%。该方法能有效地补偿参数辨识后遗留的残差,进一步提高机器人的定位精度。     

Algorithm and experiments of six-dimensional force/torque dynamic measurements based on a Stewart platform

Stewart platform (SP) is a promising choice for large component alignment, and interac-tive force measurements are a novel and significant approach for high-precision assemblies. The designed position and orientation (P&O) adjusting platform, based on an SP for force/torque-driven (F/T-driven) alignment, can dynamically measure interactive forces. This paper presents an analytical algorithm of measuring six-dimensional F/T based on the screw theory for accurate determination of external forces during alignment. Dynamic gravity deviations were taken into con-sideration and a compensation model was developed. The P&O number was optimized as well. Given the specific appearance of repeated six-dimensional F/T measurements, an approximate cone shape was used for spatial precision analysis. The magnitudes and directions of measured F/Ts can be evaluated by a set of standards, in terms of accuracy and repeatability. Experiments were also performed using a known applied load, and the proposed analytical algorithm was able to accu-rately predict the F/T. A comparison between precision analysis experiments with or without assem-bly fixtures was performed. Experimental results show that the measurement accuracy varies under different P&O sets and higher loads lead to poorer accuracy of dynamic gravity compensation. In addition, the preferable operation range has been discussed for high-precision assemblies with smal-ler deviations.     

Positioning error compensation of an industrial robot using neural networks and experimental study

Due to the characteristics of high efficiency, wide working range, and high flexibility,industrial robots are being increasingly used in the industries of automotive, machining, electrical and electronic, rubber and plastics, aerospace, food, etc. Whereas the low positioning accuracy,resulted from the serial configuration of industrial robots, has limited their further developments and applications in the field of high requirements for machining accuracy, e.g., aircraft assembly.In this paper, a...     

一种适用于曲面结构的机器人制孔误差在线补偿技术

针对工业机器人应用于飞机零部件自动钻孔时各项误差累积造成制孔精度差的问题，提出一种利用单应关系计算机器人驱动坐标三维偏差，以在线补偿机器人制孔精度的方法。首先利用外部测量设备建立机器人制孔系统中各坐标系关系；在标定阶段，通过以一定倾斜角度固联于机器人末端的相机拍摄一幅安装于制孔工作平面上与刀轴正对的平面标定板图像，并据此完成基于单应变换的手-眼关系标定；在实际制孔过程中，机器人在测距传感器及相机的辅助下，从基准孔理论坐标对应的姿态，不断调整至基准孔正上方理想位置，通过手-眼关系计算基准孔实际位置对应的机器人驱动坐标，然后根据一组基准孔的机器人三维驱动误差，计算三维驱动误差变换矩阵，据此获得这组基准孔邻域范围内各待钻孔的机器人驱动坐标补偿量，从而实现待钻孔定位误差补偿。以飞机结构实验件为对象进行了模拟制孔验证，实验结果表明，补偿前待钻孔三维综合定位误差和法向误差测量值范围分别为2.28~2.85 mm和2.09°~3.93°，平均为2.55 mm和3.30°，补偿后制孔最大误差分别不超过0.30 mm和0.21°，满足自动制孔位置精度要求。     

机械连接中钉的轴力和剪切力测量传感器

对机械连接中测量钉的轴力的各种测试方法进行总结,对复合材料多钉连接中钉载的多种测试方法进行分析,提出了一种能同时测量钉的轴力和剪切力的传感器。根据钉的受力情况和材料力学理论推导出钉的轴力和剪切力的计算表达式。设计了传感器的轴力和剪切力的两套测试装置,分别进行了轴力和剪切力的测试试验。对传感器测试结果的载荷-应变曲线的线性度、重复性进行了分析研究。测试结果表明：传感器的载荷-应变曲线具有良好的线性度和重复性,能满足工程上对测量传感器的技术要求。同时通过测试也发现,传感器的安装角对轴力和剪切力的测量结果无影响;安装紧力矩对剪切力的测量结果有影响,但随着外载的增大,影响会逐渐减小。     

基于最大一致容积Kalman滤波器的多机器人协同定位CSCD

机器人位置信息是多机器人系统执行任务的前提,单个机器人因传感器载荷和作用范围的限制,难以完成复杂环境中的定位任务,多个机器人通过协作可实现大范围下的位置确定。将配置多个传感器的同构机器人群替换为配置单个或少量传感器的异构机器人可降低硬件成本,并且通过设计协同算法,不会降低定位精度。提出了一种将容积Kalman滤波器与最大一致思想融合后的新型滤波算法,并将该算法应用于麦克纳姆轮机器人系统。通过仿真和实物验证了最大一致容积Kalman滤波器的协同定位效果。     

基于力位协同控制的大飞机机身壁板装配调姿方法

为校正中机身壁板由于重力和调姿内力产生的变形，提高中机身壁板装配调姿精度，提出了一种基于力位协同控制的装配调姿方法。通过将调姿机构等效为并联机构，推导了调姿机构的解析正反解模型；根据螺旋理论，建立了力传感器测量值与重力、调姿内力之间的映射关系，实现重力补偿值的动态计算，基于局部刚体-弹性连接假设，通过多元线性回归方法构建了调姿内力转化为位置补偿量的模型；根据Clamped-Free变形协调原理，简化了定位器调姿内力之间的协调关系，在此基础上提出了重力前馈补偿和调姿内力转化为位置补偿的力位协同控制策略，并对其进行了理论分析与设计。最后，对所提出的控制策略进行了仿真分析，结果表明采用力位协同控制方法，调姿定位精度提高35.3%，调姿内力降低77.8%，通过应用实验，说明了该方法的可行性和有效性。     

考虑星敏感器安装误差的弹道导弹捷联星光/惯性复合制导

弹道导弹捷联星光/惯性制导是在惯性制导基础上辅以星光修正的一种复合制导方法，能够显著提高导弹制导精度。由于星敏感器捷联安装在弹体上，安装误差会影响恒星测量的精度，进而影响复合制导精度，为此提出一种在线辨识并修正星敏感器安装误差的复合制导方法。建立了星敏感器观测量与数学平台失准角、星敏感器安装误差的关系方程，在导弹主动段关机后测量3颗独立的恒星获得6个观测量，利用最小二乘法估计出失准角和星敏感器安装、误差。改进了星光/惯性复合制导的最佳修正系数确定方程，直接修正了星敏感器安装误差的影响。数值仿真结果表明：所提方法可以有效地估计平台失准角和星敏感器安装误差，提高了捷联星光/惯性复合制导的精度。     

Collaborative force and shape control for large composite fuselage panels assembly

This study proposed a force and shape collaborative control method that combined method of influence coefficients(MIC) and the elitist nondominated sorting genetic algorithm(NSGA-II) to reduce the shape deviation caused by manufacturing errors, gravity deformation,and fixturing errors and improve the shape accuracy of the assembled large composite fuselage panel. This study used a multi-point flexible assembly system driven by hexapod parallel robots. The proposed method simultaneously considers...