1、隨著工業(yè)機(jī)器人的市場(chǎng)需求越來(lái)越大，各種類型的服務(wù)機(jī)器人層出不窮，挖掘串聯(lián)機(jī)械臂的核心共性技術(shù)，探索國(guó)內(nèi)外串聯(lián)機(jī)械臂存在的問(wèn)題并提供有效的解決方案是一項(xiàng)十分緊迫的任務(wù)。運(yùn)動(dòng)精度作為串聯(lián)機(jī)械臂的一個(gè)重要性能指標(biāo)，是機(jī)械臂完成操作任務(wù)的重要保證。隨著機(jī)械臂應(yīng)用環(huán)境的逐步復(fù)雜化，人們對(duì)機(jī)械臂的運(yùn)動(dòng)精度提出了更高的要求。但由于機(jī)械臂幾何誤差、環(huán)境噪聲、振動(dòng)干擾等原因?qū)е聶C(jī)械臂實(shí)際的運(yùn)動(dòng)性能與期望的高精度運(yùn)動(dòng)性能相比還有較大的差距。因此，對(duì)提高串聯(lián)

2、機(jī)械臂的運(yùn)動(dòng)精度的關(guān)鍵技術(shù)展開(kāi)研究具有非常重要的意義。
　　 本文以六自由度串聯(lián)機(jī)械臂作為研制對(duì)象和實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，采用理論分析、仿真和實(shí)驗(yàn)相結(jié)合的方法，以提高串聯(lián)機(jī)械臂運(yùn)動(dòng)精度為目標(biāo)，對(duì)其展開(kāi)了較為全面的研究。內(nèi)容包括:精度分析、運(yùn)動(dòng)學(xué)建模、軌跡規(guī)劃和優(yōu)化、控制系統(tǒng)的研制、參數(shù)標(biāo)定及控制變量補(bǔ)償和主動(dòng)動(dòng)態(tài)平衡的實(shí)現(xiàn)。
　　 全文主要解決了串聯(lián)機(jī)械臂精度提升的理論分析和技術(shù)實(shí)現(xiàn)兩個(gè)基本問(wèn)題，并在以下幾個(gè)方面取得一些創(chuàng)新成果:<

3、br>　　 1、研究了串聯(lián)機(jī)械臂軌跡優(yōu)化算法。對(duì)關(guān)節(jié)軌跡的執(zhí)行時(shí)間進(jìn)行歸一化處理，并在此基礎(chǔ)上提出一種五階關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)軌跡插值算法，充分滿足軌跡給定的約束條件，保證關(guān)節(jié)位置軌跡、速度軌跡和加速度軌跡的連續(xù)性。通過(guò)理論分析和仿真驗(yàn)證了關(guān)節(jié)軌跡的時(shí)間起點(diǎn)和執(zhí)行時(shí)間對(duì)關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)軌跡曲線的影響。在此基礎(chǔ)上，以避免超調(diào)量、能耗最小、軌跡最平滑等指標(biāo)作為優(yōu)化目標(biāo)，計(jì)算關(guān)節(jié)軌跡執(zhí)行時(shí)間的最優(yōu)解集。通過(guò)數(shù)值仿真，證明優(yōu)化后的運(yùn)動(dòng)軌跡可有效避免位置軌跡的超調(diào)

4、量、提高機(jī)械臂的工作效率，并且保證關(guān)節(jié)位置始終處于機(jī)械臂的運(yùn)動(dòng)空間。依據(jù)該方法構(gòu)建多關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)時(shí)間間隔的約束條件，并以此為基礎(chǔ)完成串聯(lián)機(jī)械臂多關(guān)節(jié)軌跡規(guī)劃。
　　 2、提出一套簡(jiǎn)單且實(shí)時(shí)性強(qiáng)的機(jī)械臂控制變量補(bǔ)償方法以減少甚至消除機(jī)械臂的運(yùn)動(dòng)學(xué)誤差。針對(duì)機(jī)械臂關(guān)節(jié)位置閉環(huán)控制系統(tǒng)提出一種配對(duì)交叉實(shí)數(shù)編碼遺傳算法，優(yōu)化機(jī)械臂控制變量。同時(shí)，采用實(shí)時(shí)預(yù)測(cè)補(bǔ)償控制方法，將關(guān)節(jié)位置期望輸入信號(hào)以及根據(jù)位姿誤差預(yù)測(cè)估計(jì)的控制變量補(bǔ)償量作為控制

5、系統(tǒng)的參考輸入，優(yōu)化關(guān)節(jié)位置閉環(huán)控制系統(tǒng)，對(duì)機(jī)械臂末端執(zhí)行器的位姿誤差進(jìn)行補(bǔ)償，以提升串聯(lián)機(jī)械臂的絕對(duì)定位精度。在串聯(lián)機(jī)械臂上進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)，結(jié)果表明該補(bǔ)償策略可有效提高串聯(lián)機(jī)械臂的運(yùn)動(dòng)精度。
　　 3、為了減小機(jī)械振動(dòng)對(duì)機(jī)械臂運(yùn)動(dòng)精度造成的影響，設(shè)計(jì)主動(dòng)動(dòng)態(tài)平衡機(jī)構(gòu)抵消機(jī)械臂承受的振動(dòng)力或振動(dòng)力矩。詳細(xì)介紹了實(shí)時(shí)的主動(dòng)動(dòng)態(tài)平衡技術(shù)。首先介紹一維力平衡機(jī)構(gòu)，分析機(jī)構(gòu)的動(dòng)力學(xué)模型。在此基礎(chǔ)上研究一維力矩平衡機(jī)構(gòu)，分析旋轉(zhuǎn)圓盤的主動(dòng)動(dòng)態(tài)

6、平衡原理，將該平衡機(jī)構(gòu)安裝在串聯(lián)機(jī)械臂上以實(shí)現(xiàn)機(jī)械臂一維力矩動(dòng)態(tài)平衡。實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了該機(jī)構(gòu)的動(dòng)態(tài)性能以及其主動(dòng)消振性能。最后，為了實(shí)現(xiàn)振動(dòng)力和振動(dòng)力矩的同時(shí)消除，設(shè)計(jì)一個(gè)緊湊、易安裝的三自由度動(dòng)態(tài)平衡機(jī)構(gòu)。
　　 論文為了滿足串聯(lián)機(jī)械臂嚴(yán)格的安裝空間限制要求，將平衡機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)為由三個(gè)獨(dú)立運(yùn)動(dòng)的連桿構(gòu)成。通過(guò)三個(gè)連桿旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生期望的轉(zhuǎn)矩實(shí)現(xiàn)機(jī)械臂基座的力矩平衡，同時(shí)實(shí)時(shí)調(diào)整三個(gè)連桿在平面內(nèi)的質(zhì)心位置產(chǎn)生平衡力，從而同時(shí)實(shí)現(xiàn)機(jī)械臂基座的