一种新型移动并联机器人的误差分析和标定方法研究

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移动并联机器人作为一种新型机器人,在一定程度上结合了并联机器人技术与移动机器人技术的特点。与传统的移动机器人相比,移动并联机器人的结构更为简单,刚性和承载能力更大;与传统的并联机器人相比,它没有固定平台的约束,使机器人可以像移动机器人一样灵活地移动,并且能在移动过程中调整工作平台的位姿,因此具有更大的工作空间和更强的操作灵活性;在增加外部传感器后可实现目标跟踪、避障以及位姿的自适应调整等,可应用于救援、排爆和侦测等特殊场合。  本文就中科院深圳先进技术研究院研制的移动并联机器人(MPR)进行运动学、运动仿真、误差分析和运动学标定方面的研究,主要研究内容如下:  首先,对移动并联机器人的运动学进行了研究,完成了运动学建模、运动学逆解求解、正解求解,并对所建运动学模型进行了算例验证和运动仿真验证。  其次,分析了移动并联机器人的主要误差来源,确定了影响移动并联机器人的运动平台位姿精度的主要误差参数。通过几何法建立了机构的误差模型,得到了输出位姿误差与输入误差之间的对应关系,最后通过基于正态分布的随机抽样来模拟机构的输出误差,并对各单一误差对输出误差的灵敏度进行分析,得到了机器人的输出误差分布的统计规律,为后面的运动学标定做准备。  再次,根据第三章误差模拟分析的结果建立了标定误差模型,采用了基于外部高精度测量设备——激光跟踪仪的外标定方法;确定具体的标定测量方案并对移动并联机器人在整体移动和原地运动两种状态下的位姿信息进行了准确测量;在输入误差最小的情况下用参数辨识优化目标方程,得到了移动并联机器人的误差补偿量,将补偿量补偿到机器人各输入参数,提高了机器人的运动精度。  最后,对标定后的机器人的运动能力进行测试实验,主要有恒姿态运动下的平面运动精度实验、不同行驶路况下的运动精度实验和搭载双目视觉摄像头的目标物体检测和识别实验,实验验证了该机器人具备较强的运动能力,为该机器人的进一步研究和应用提供了基础支持。
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