一种三维位置检测装置的研究及其在串联机器人标定上的应用

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1、分类号：密级：UDC：编号：工学硕士学位论文一种三维位置检测装置的研究及其在串联机器人标定上的应用硕士研究生：汤泽旭指导教师：于凌涛副教授学科、专业：机械工程论文主审人：隋立明讲师哈尔滨工程大学2018年3月分类号：密级：UDC：编号：工学硕士学位论文一种三维位置检测装置的研究及其在串联机器人标定上的应用硕士研究生：汤泽旭指导教师：于凌涛副教授学位级别：工学硕士学科、专业：机械工程所在单位：机电工程学院论文提交日期：2018年1月论文答辩日期：2018年3月学位授予单位：哈尔滨工程大学ClassifiedIndex:U.D.C:AD

2、issertationfortheDegreeofM.EngResearchonaThreeDimensionalPositionDetectingDeviceandItsApplicationtoSerialRobotCalibrationCandidate:TangZexuSupervisor:A.Prof.YuLingtaoAcademicDegreeAppliedfor:MasterofEngineeringSpecialty:MechanicalEngineeringDateofSubmission:Jan.2018Dat

3、eofOralExamination:Mar.2018University:HarbinEngineeringUniversity哈尔滨工程大学学位论文原创性声明本人郑重声明：本论文的所有工作，是在导师的指导下，由作者本人独立完成的。有关观点、方法、数据和文献的引用已在文中指出，并与参考文献相对应。除文中已注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经公开发表的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。作者（签字）：日期：年月日哈尔滨工程大学学位论文授权

4、使用声明本人完全了解学校保护知识产权的有关规定，即研究生在校攻读学位期间论文工作的知识产权属于哈尔滨工程大学。哈尔滨工程大学有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件。本人允许哈尔滨工程大学将论文的部分或全部内容编入有关数据库进行检索，可采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文，可以公布论文的全部内容。同时本人保证毕业后结合学位论文研究课题再撰写的论文一律注明作者第一署名单位为哈尔滨工程大学。涉密学位论文待解密后适用本声明。本论文（□在授予学位后即可□在授予学位12个月后□解密后）由哈尔滨工程大学送交有关部门进行保存、

5、汇编等。作者（签字）：导师（签字）：日期：年月日年月日一种三维位置检测装置的研究及其在串联机器人标定上的应用摘要随着工业、制造业等领域快速发展，各种设备的研制和生产更加迫切需要先进的检测技术。在检测技术研究领域中，三维位置检测技术具有重要地位，其以机械结构为基础，集诸多技术为一体，通过检测设备获取被测对象三维位置坐标，进而实现多种测量功能。本文以此为背景，研制一种新型的三维位置检测装置，并以本实验室的微创腹腔手术串联机器人为测量对象，实现对其末端位置测量，在此基础上，对机器人的运动学模型参数标定和运动特性测量进行研究。为同时满足高精

6、度、低成本的测量要求，提出以拉线传感器为基础的三维位置检测装置总体设计方案，通过考虑尽可能减弱复杂机构加工、装配误差影响，设计以过线座构件和回零构件为主体的简化装置机构；使用空间解析几何法和海伦定理法建立两种位置坐标计算数学模型，并确定模型非线性方程组求解方法，进而分析检测装置测量空间；完成装置元器件选型，并搭建装置硬件平台，在此基础上，使用LabVIEW软件编写装置设有的多种测量功能程序，并为用户提供良好的人机交互界面。以检测装置测量实时性为出发点，优选出装置位置坐标计算数学模型；通过实验对检测装置进行误差分析，并对其本体机构和精

7、度测试方法进行改进，提升装置测量精度；以位置坐标计算数学模型为基础，建立装置结构参数误差模型，从而设计自标定实验，并完成参数误差辨识和数学模型修正工作；对自标定前后装置测量精度进行对比实验，由结果知标定后装置相对误差降低至0.5307%；最后进行不同布局检测装置测量精度对比实验，以验证四路拉线传感器布局的优越性。分析三维位置检测装置对微创腹腔手术串联机器人运动学标定的可行性和面临的关键性问题；在机器人正运动学模型的基础上，建立用于运动学标定的绝对误差模型和距离误差模型，并使用MATLAB对模型正确性进行仿真验证；研究机器人标定后运动

8、补偿方法，为其标定后准确运动提供补偿策略。研究检测装置测量附带力，设计实验方法辨识出拉线传感器附带力与伸长量变化关系，为实时显示被测对象受力情况而建立装置测量附带力模型，并分析力可能产生的影响；搭建手术机器人运动学标定实验平台，利用实