正交Delta并联机器人运动学设计与标定仿真

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本文在对正交Delta并联机器人运动学分析的基础上,研究了其运动学设计方法以及误差标定方法,主要工作内容包括:根据正交Delta并联机器人机构简图,分析了各分支的几何关系,由机构闭环矢量链关系推导出机构位置正反解。闭环矢量链对时间求导,求出正交Delta并联机器人的雅克比矩阵,即三个输入驱动角速度与运动平台输出线速度之间的速度映射关系。根据机构运动学分析与机构设计的需要,确定了机构结构参数,将机构参数无量纲化以后定义了正交Delta并联机器人优化设计空间。构造出正交Delta并联机器人从驱动关节到动平台输出的误差、速度、承载力映射模型,建立了灵巧性、速度传递、承载力等运动学性能指标。在优化设计空间内研究了机构几何参数与机构各全域性能指标之间的关系,绘制出全域性能图谱,利用这些图谱进行正交Delta并联机器人机构尺寸优化设计。在对正交Delta并联机器人运动学分析的基础上,研究了其运动学标定问题。根据该机器人的结构特点,首先简化机构模型,对影响其位置精度的24项几何误差源进行了分析和研究,建立了含24项误差参数的正解与逆解模型,然后运用矢量摄动法建立了正交Delta并联机器人的线性误差模型,进一步利用最小二乘原理对机构的各项几何参数误差进行辨识,最后使用两种误差补偿方案分别对末端位置误差进行补偿。利用MATLAB将误差模型、辨识模型及补偿算法程序化,计算机仿真验证了运动学标定算法的正确性。运用无参数标定法进行误差补偿,即通过机构运动学正解及逆解,将机构末端动平台位姿误差转换为机构驱动输入误差,完成标定。最后以正交Delta并联机器人为例,通过计算机辅助编程,仿真验证了所提方法的正确性。
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