六足制孔机器人三自由度并联机械腿的误差模型及验证.pdf

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1、第32卷第15期182016年8月农业工程学报TransactionsoftheChineseSocietyofAgriculturalEngineeringV01．32No．15Aug．2016六足制孔机器人三自由度并联机械腿的误差模型及验证荣誉1’2，刘双勇2，韩勇2，林峰2，李凯2(I．河北科技师范学院机械电子系，秦皇岛066004；2．中信戴卡股份有限公司，秦皇岛066004)摘要：为了研制六足制孔机器人，提出了一种基于(u十uPS)P+UPS机构的三自由度并联机械腿，建立了机械腿机构的误差模型与评价方法，并通过误差分析制造出机械腿试验样机，对试验样机进

2、行了误差标定试验研究。首先，采用矢量链法建立了机械腿机构的误差矢量约束方程，得到了机械腿机构的误差传递模型。接着，定义了一组误差敏感性评价指标，并绘制了误差敏感性评价指标在机械腿机构工作空间内的分布曲面。然后，基于误差敏感性评价指标及机构其他机构学性能，采用蒙特卡罗法对机械腿进行了结构参数设计，选取了一组结构参数，制造了机械腿试验样机。最后，采用一套高精度机器人标定系统对机械腿试验样机进行了误差标定。试验表明：机械腿试验样机的位置误差实测值与理论值之间偏差均小于0．003mm，姿态误差实测值与理论值之间偏差均小于0．050，误差敏感性评价指标的实测值与理论值的差

3、值均小于o．03。机械腿试验样机的误差均在合理范围之内，基本达到了设计要求。关键词：机器人；模型；标定；试验；误差；并联机械腿；敏感性doi：10．11975／j．issn．1002—6819．2016．15．003中图分类号：TP242．6文献标志码：A文章编号：1002—6819(2016)一15—0018—08荣誉，刘双勇，韩勇，林峰，李凯．六足制孔机器人三自由度并联机械腿的误差模型及验证【J】．农业工程学报，2016，32(15)：18-25．doi：10．11975／j．issn．1002—6819．2016．15．003http：Hwww．tcsae

4、．orgRongYu，LiuShuangyong，HanYong，LinFeng，LiKai．Errormodelandverificationofthreedegreesoffreedomparallelmechanicallegonhexapoddrillingrobot[J]．TransactionsoftheChineseSocietyofAgdculturalEngineering(TransactionsoftheCSAE)，2016，32(15)：18—25．(inChinesewithEnglishabstract)doi：10．11975／j．

5、issn．1002—6819．2016．15．003http：／／www．tcsae．org0引言在大型飞机的制造和装配过程中，需要进行大量的制孔、钻销、铆接作业n。2，，为了提高飞机制造过程生产效率和装配精度，在制造过程中很多钻孔、铆接等加工都是在飞机装配体上进行的B”。传统的自动钻孔、铆接机床或机器人受限于其结构形式，无法全部完成装配中的飞机外壁加工，因此大量的工作由人工完成。对于这类加工，装有钻孔、铆接末端执行器的自主爬行六足机器人十分适合嘲。爬行机器人已经广泛应用于大型飞机外表面的检查和清洗”4，，但是专门用于大型飞机外表面钻孑L、铆接的爬行机器人还较少

6、，把六足爬行机器人应用于上述加工领域，可以提高飞机制造效率。已有六足机器人的腿部主要采用串联机构或平面多连杆机构，典型的代表是美国宇航局的ATHLETE”⋯，串联机构由于运动链过长，不适合作为六足爬行机器人的腿部结构。并联机构承载能力大、运动精度高、机构构型灵活，十分适合作为六足爬行机器人的腿部结构。在并联腿部多足机器人方面，高峰等曾对并联腿部结构四足步行器做过研究””，王洪波等曾对四足／两足可重组并联机器人做过研究n21，高峰、金振林等曾深入研究过基于并联机械腿的六足机器人构型与样机设计u3。”，。已收稿日期：2016—04—14修订日期：2016—05—18

7、基金项目：国家自然科学基金项目(51475424)；河北省高等学校科学技术研究青年基金项目(QN2015185)；河北科技师范学院博士启动基金项目(2015YB004)作者简介：荣誉，男，吉林通化人，副教授，博士，主要从事并联机器人理论与应用方面的研究。秦皇岛河北科技师范学院066004。Email：lixiangcg@126．com有的多足机器人机械腿不具有结构解耦特性，从而导致控制算法非常复杂，很难实现实时控制解算。因此，研究一种运动解耦性较好的机械腿具有重要意义，通过运动解耦可以大大简化六足机器人机械腿的控制算法。在飞机制造过程中，由于钻孔、铆接等加工的精

8、度直接决定飞机使用寿命，