一种四自由度并联机构的误差分析及其标定补偿（完整版）实用资料(可以直接使用，可编辑完整版实用资料，欢迎下载）第卷第期年月机器人×∂文章编号222一种四自由度并联机构的误差分析及其标定补偿刘红军龚民赵明扬沈阳理工大学辽宁沈阳中国科学院研究生院北京中国科学院沈阳自动化研究所辽宁沈阳Ξ摘要针对一种四自由度并联机构进行了运动学分析在此基础上以摄动法建立了其误差模型明确了各误差源对末端位姿的影响在对并联机构的标定技术进行简单介绍后说明了对该机构误差模型中的机构参数进行标定的两种方法介绍了标定装置!标定算法及标定过程最后采用并对仿对基于逆解的标定方法进行了仿真真结果进行了分析关键词并联机构误差模型运动学标定优化中图分类号×°文献标识码ΕρρορΑναλψσισανδΧαλιβρατιονοφα42ΔΟΦΠαραλλελΜεχηανισμ2∏2(.ΣηενψανγΙνστιτυτεοφΤεχηνολογψ,Σηενψανγ,Χηινα;.ΓραδυατεΣχηοολοφτηεΧηινεσεΑχαδεμψοφΣχιενχεσ,Βειϕινγ,Χηινα;.ΣηενψανγΙνστιτυτεοφΑυτοματιον,ΧηινεσεΑχαδεμψοφΣχιενχεσ,Σηενψανγ,Χηινα)τραχτ:×√2×Αβσ√∏∏√∏ƒ∏∏√√√Κεψωορδσ:1引言(Ιντροδυχτιον)相对于串联机构并联机构的误差非累积因而具有精度更高的特点但在实际应用中由于机构的制造装配误差!检测补偿能力较差及并联机构的末端在作业空间的不同位置!同一位置下的不同姿态下具有不同的精度指标等原因而使得其实际精度并不是很高而运动精度是评价制造装备的一个重要指标因此并联机床的精度研究得到广泛重视目前多集中在误差模型的建立!分析和仿真目标是实现本文针对一种龙门型四自由高精度的运动学设计度并联机构通过对其运动学模型的分析以摄动法进而通过运动学标定对机构参数建立了误差模型误差进行补偿并给出了仿真结果该机构由动平台!条支链及固定平台组成如图所示图机构简图ƒ≥2机构描述及其误差模型(Δεσχριπτιονανδερρορμοδελοφτηεμεχηανισμ)2.1机构描述收稿日期动平台在Τ!Τ!Τ!Τ分别用球铰链与个连杆相连,个连杆的另一端分别在Σ!Σ!Σ!Σ用铰链与沿机架移动的个滑块相连,其中Σ!Σ处的运动副为自由度的转动副(),Σ!Σ处的运动副为Ξ第卷第期刘红军等一种四自由度并联机构的误差分析及其标定补偿自由度的万向铰链().此种构型可实现绕Ξ!Ψ转动和Ψ!Ζ方向的平动四个自由度.2.2误差模型而机构的几何参数误差∃πϕ在机床制造!装配完成后,在一定的消隙措施的保障下,在一定时期内不发生变化,具有一定的/静态性0.因此考虑在机床制造完成后,通过测量系统的输出量辨识出误差模型中各几何参数的实际值,即运动学标定.通过运动学标定,可以以相对低的代价来达到提高机床静精度的目的.运动学模型是机器人控制的基础,也是在标定过程中得到约束方程的基础.该机构的运动学模型为:λιΙι=π+Ρτι−βι−σιυιι=,,,()并联操作机构标定一般分为两种方法.一种方法常称为外部标定方法或称传统的标定方法,该方法需用外部测量装置测量全部或部分位姿信息.另外一种标定方法称为自标定.这类方法的特点是需要冗余信息.而根据标定中所采用的运动学模型的不同,又可以分为基于逆解的标定和基于正解的标定,其中前者由于采用的是运动学逆解模型,因而其标定过程是对每个支链单独进行标定,避免了支链间的耦合,具有很好的鲁棒性,而后者的优点是不需要全部的位姿信息,因而对测量的手段要求不高.3.1基于逆解的标定3.1.1标定装置式中λι为连杆长度,为常量,λι为连杆单位矢量,σι为滑块沿固定导轨移动的距离,是变量,υι表示滑块导轨方向的单位矢量,为常量.π为动平台的位置矢量,Ρ为旋转矩阵,τι!βι分别为动平台上铰链中心点的位置向量和立柱在ξοψ平面内的位置向量.通过对其微分并化简得:∃στι+∃πιυι+σι∃υι=∃Ρτι+Ρ∃Ιι−∃λ−∃βι+λι∃ιΙι()由矩阵的微分理论,旋转矩阵的摄动矩阵为:−∃Ξζ∃Ξψ−∃ΞξΡ=Ρ8Ρ()∃Ρ=∃Ξζ−∃Ξψ×∃Ξξ在自标定的过程中,冗余传感信息的获得是至关重要的,由于一般并联机构的主动驱动是与机构的自由度一致的,因此,单纯通过主动驱动所提供的数据无法完成自标定.因此,在自标定中一般通过附加传感器或施加一定的物理约束来获得冗余传感信息.前者必须在设计阶段就要对附加传感器予以考虑,并且附加传感器同时带来了更多需要标定的参数,因此本文在此采用的是后