機器人多維腕力傳感器靜、動態(tài)性能標定系統(tǒng)的研究.pdf

1、本學(xué)位論文深入研究了機器．人多維腕力傳感器靜、動態(tài)性能標定系統(tǒng)。其主要研究內(nèi)容包括：靜、動態(tài)性能標定方法的研究，標定指標和標定路線的確定，基于階躍激勵和相關(guān)小波的腕力傳感器動態(tài)性能標定方法的研究，小波降噪在腕力傳感器標定中的應(yīng)用，標定力和標定力矩施加方式的研究，標定加載實驗臺的設(shè)計制造與調(diào)試，數(shù)據(jù)采集軟、硬件系統(tǒng)的研制，標定系統(tǒng)的誤差分析，基于LABVIEW的機器人多維腕力傳感器靜、動態(tài)性能標定虛擬儀器的開發(fā)。 本學(xué)位論文主要研

2、究內(nèi)容如下： 1．第一章介紹了機器人腕力傳感器的發(fā)展現(xiàn)狀，概括了腕力傳感器結(jié)構(gòu)形式及其應(yīng)用情況；總結(jié)了機器人多維腕力傳感器靜、動態(tài)性能標定的研究現(xiàn)狀和存在的問題；提出本學(xué)位論文研究的立項背景、目的和意義：明確本學(xué)位論文的研究工作和任務(wù)。 2．第二章深入研究了機器人腕力傳感器的標定方法。提出標定誤差完全由傳感器各輸出通道的測量精度和施加的標定載荷的精度所決定，要獲得高的標定精度應(yīng)選擇正交標定力矩陣。研究了腕力傳感器靜態(tài)性能

3、標定指標及其標定方法。 通過分析比較，提出階躍響應(yīng)法更適合腕力傳感器動態(tài)性能標定。指出在階躍響應(yīng)法的腕力傳感器動態(tài)性能標定中用平均功率譜法求取頻率響應(yīng)函數(shù)所存在的問題。研究了基于階躍激勵的腕力傳感器動態(tài)性能指標識別的圖解法，指出雖然圖解法有簡單、快捷的優(yōu)點，但受人為和噪聲影響較大，辨識精度低；研究了用差分法求取腕力傳感器的脈沖響應(yīng)函數(shù)，指出雖然階躍信號是二值信號，用差分法的計算效率高，但識別精度受噪聲影響很大。提出將小波變換法應(yīng)

4、用于階躍激勵的腕力傳感器動態(tài)性能標定，以提取腕力傳感器的脈沖響應(yīng)函數(shù)。小波分析可以將信號分解到兩維的時—頻域空間，對非平穩(wěn)、瞬變的動態(tài)信號分析的能力強。在線標定腕力傳感器的動態(tài)性能時，可利用工作時機械手放下工件產(chǎn)生階躍激勵，該研究也為腕力傳感器在線標定做好了理論上的準備。 通過大量實驗，對基于階躍激勵的腕力傳感器動態(tài)性能標定的重復(fù)性與線性度進行了研究。 研究了小波閾值降噪法。對標定中獲得的含有噪聲的腕力傳感器響應(yīng)信號進行

5、小波分解，對含噪聲頻段的小波系數(shù)進行抑制后，再進行信號重構(gòu)，獲得了降噪效果理想的標定信號。該降噪方法對今后研究腕力傳感器動態(tài)性能在線標定具有重要的意義。 3．第三章研究腕力傳感器靜、動態(tài)性能標定的加載方式，設(shè)計制造加載實驗臺及加載附件。在該實驗臺上使用不同的加載附件，既可以施加滿足靜態(tài)性能標定要求的正交力/力矩，又可以施加滿足動態(tài)性能標定要求的正交階躍激勵力/力矩。動態(tài)性能標定時，實驗臺上增加了一個壓電式力傳感器，以便設(shè)置“軟觸

6、發(fā)”功能，準確地抓取腕力傳感器負階躍激勵和響應(yīng)的開始時刻，以截取壓電式力傳感器和腕力傳感器對負階躍激勵的響應(yīng)信號，為進行腕力傳感器動態(tài)性能指標的識別做準備。本章最后研究了根據(jù)壓電式力傳感器的輸出測量階躍激勵力/力矩大小的方法。 4．第四章研制了用于腕力傳感器性能標定的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。采集系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集板直接插入PC計算機ISA總線插槽，實現(xiàn)8通道同步(無時差)地采樣數(shù)據(jù)，采樣速度快。采集板上帶有雙口RAM，可以實時地與下位機通訊，實現(xiàn)數(shù)據(jù)

7、傳輸、動態(tài)修改模型等多種功能。數(shù)據(jù)采集程序?qū)⒉蓸拥降母魍ǖ赖恼麄€時間歷程的數(shù)據(jù)，保存到數(shù)據(jù)文件中，為下一步進行腕力傳感器靜、動態(tài)性能分析做好數(shù)據(jù)準備。 5．第五章對腕力傳感器性能標定系統(tǒng)進行了誤差分析。分析計算出了加載實驗臺的實際施加力與額定力偏離程度誤差E<,Ⅰ>≤0.1271％、干擾力引起的誤差E<,Ⅱ>≤0.00667％，并提出降低各項誤差的措施：測定出了數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)各通道的信噪比大于65.32dB、采樣通道間的干擾大于2

8、0.0dB；測定出通道間傳遞函數(shù)幅頻特性的幅值誤差小于1％、相頻曲線呈線性、相位失配誤差在整個分析頻帶范圍內(nèi)(0～5000Hz)小于0.125°；計算出了ADC轉(zhuǎn)換的量化誤差小于0.0061％; 經(jīng)測定得知數(shù)據(jù)處理及性能分析系統(tǒng)的算法誤差可以不計。最后得出標定系統(tǒng)的誤差小、精度高的結(jié)論。 6．第六章概括了虛擬儀器的研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢。研究確定了腕力傳感器靜、動態(tài)性能標定系統(tǒng)的構(gòu)成原理及數(shù)據(jù)流結(jié)構(gòu)。開發(fā)了腕力傳感器靜、動態(tài)性能標定