摘要
国内机器人产业不断发展，研究的种类很多。比如关节连接方式上，可以分为串联、并联和混联结构。目前，串联结构的应用领域最广。服务业、空间作业、深海作业等方面都有着出色的表现。串联结构的机械臂是由多个关节将连接杆串联，由大臂、小臂和腕部构成。为了方便操作，常见的有旋转关节或平移关节。在这方面研究最早的应该是遥控机械手，主要应用在人类无法到达的环境中。
一、串联机械臂精度提升技术综述
（一）标定技术
研究表明，几乎95%的串联机械臂可以通过标定技术降低其位置和方向的定位误差标定技术的原理是通过先进的测量技术和基于模型的参数识别方法辨识机械臂的实际运动学相关参数，使用正确的运动模型进行关节电机的驱动，得到末端执行设备的精准位置，进而实现提升定位精准程度的重要目标。
现阶段，机器人行业的快速崛起，把智能核算手段使用在处理具备动态、非线性以及繁杂特点的问题上。比如，遗传算法与人工神经网络等合理手段被广泛运用在串联机械臂的具体运动标定方面。Kesheng使用遗传方法做好修改ABB机器人的有关参数，防止传统机器人标定模型繁杂逆雅克比矩阵的求解，ABBIrb6000相应机器人对此手段进行验证的时候，能将其定位方面的误差减少到17.75%。Lewis以及Zhong主要使用了递归神经网络手段对运动学有关参数进行标定，进而逐步提高机械臂的定位精准程度，保证其重复性定位的可靠性。DaliWang等使用了神经网络手段提升机械臂的实际定位精准程度，经过相应的实验证明此方法和过去双线分析手段进行对比，可以把相应测量数据信息的均方误差以及最大误差减少22.05%与23.64%。Alici将粒子群方法运用其中，做好预测MotomanSK120机械臂的实际定位误差情况。
（二）传感技术
现阶段使用使用的串联机械臂缺少感知外界调节的吸纳供应能力，所以机械臂常常没有办法获得健全的信息内容，造成缺少对系统模型的整体认知，进而对机械臂完成复杂任务起到了严重影响。要想更好的处理此方面的问题，有关人员在机械臂当中增添了视觉力觉、触觉等外部传感器。
除此以外，先进的激光跟踪技术也被充分运用在串联机械臂当中，其能保证其轨迹与定位的精准程度，并且由于多传感设备融合技术的崛起，越来越多的研究人员将此技术运用在机械臂运动控制当中，这样能提升机械臂的整体性能。
（三）智能控制系统
在测量方法的基础上明确末端执行设备的位姿内容，这样能保证串联机械臂跟踪轨迹以及定位的精准程度，智能系统与控制方法两个方面的研究，也可以提高串联机械臂实际运动的精准程度。现阶段，对于串联机械臂智能控制研究而言，不管是实践运用，还是理论分析，都获得了相应的成果。
多轴控制卡（ProgrammableMulti-AxisController）在传统型机械臂控制系统当中得以广泛运用，并且获得了相应的成果。此控制设备让用户使用多样性编程语言展开研发，不断变成了机械臂控制的重要手段。要想防止机械臂参数出现误差现象，进而对机械臂产生不良影响，GangbingSong等探究了鲁棒控制有关问题，并且深入探究了非线性控制以及自适应控制等。而J.Militzer等使用了更加严格的数学手段，探究了各个智能方法所具备的函数逼近功能能力，进而为之后串联机械臂的健康可持续发展奠定了良好的理论基础条件。
CMAC控制方式在机械臂神经网络控制算法当中极为适用，该种控制方式的主要优势就在于其具有较强的实效性，另外，自由度较高的机械臂学习活动当中较为适用。现阶段，诸多机械技术研究学者参与到了对于机械臂模糊控制的研究活动当中。例如，J.J.Buckley从理论的角度分析了该种系统所具有的逼近性，他第次将该种控制概念融入到了机器人系统设计当中，并且经实践调查研究发现，该种控制方式可以极大地提升串联机械手臂的控制质量。除此之外，该种控制系统还可以应用到机器人建模工作，力的位置控制工作，补偿控制工作当中。
二、串联机械臂关键技术
虽然现阶段西方发达国家对于串联机械臂关键技术的研究较为深入，并且形成了一套完整的理论体系。而我国国内的相关研究学者也纷纷投入到了对于该项技术的研究当中。随着工业市场的不断发展与进步，机器人设备的应用前景变得极为广阔，在这种大环境下，诸多新型的机器人逐渐地出现在了人们的视野当中，同时相关的科研技术部分对于该项技术的研究重视度也在不断提升。现阶段，相关的技术研究学者主要的研究方向为提升模型标定的精准性，融入视觉技术，整合各类传感器提升感知系统的功能性，提升控制的算法的先进性，实现轻量化。具体表现在以下几个方面。
（一）模型的精确标定技术
随着时代的快速发展，人们对离线编程的需要也在持续不断的提升，机器人结构的校准方式也随之变成了最受人们重视的研究目标。在实际研究的时候，因为受误差、磨损以及环境等因素的影响，研究人员所构建的机器人运动学模型也有一定的偏差存在，从而造成了机械臂的精度出现的偏差。所以要想有效解决这种情况，应该通过对于识别方法的有效利用进行参数辨识，同时展开误差补偿处理，进而使机器人的绝对定位精度得到有效增强。
（二）机器视觉技术
通过机器视觉技术的而有效利用可以让机械臂按照相应轨迹自动展开工作，因此在最近这些年这项技术受到了越来越多研究人员的重视。目前最常用的视觉伺服手段之一就是将视觉传感器安装在机械臂末端执行器上面，然后根据伺服的反馈情况对机械臂运动进行控制，从而更加精准的完成机械臂的位置控制。以混合视觉伺服技术为例，其综合利用了图像以及位置两种视觉伺服手段，能够同时完成三维以及二维的视觉伺服控制工作。也正是因为这一原因，在现有基础上对机器视觉技术展开图像处理算法的进一步研究，可以使视觉的检测精度得到有效提高，并使机械臂的灵活性以及工作精度得到更大程度的增强。
（三）多传感融合的感知技术
技术是机器人的基础性技术之一。在串联机械臂中能够同时进行外部与内部传感器的安装。常见的内部传感器主要有力传感器、速度传感器、位置传感器以及角度传感器等几种，其能够完成相应力矩、作用力、姿态、速度以及位置等信息的有效测量。而外部传感器的主要功能则是帮助机械臂进行外部环境信息的探测获取，通过外部传感器的有效利用，机器人能够和外部环境进行有效交互。像是常见的声呐、红外以及激光等外部传感器都能够完成外界物体与机器人之间相对距离的有效测量。视觉传感器则可以向机器人传递外界环境或者物体的图像消息。触觉传感器则可以为人机交互的展开提供准确的接触信息。但是仅仅通过单一传感器的利用却根本没有办法为输入信息的可靠性与准确性提供强有力的保障，也不符合机械臂的工作要求。
（四）串联机械臂控制硬件结构
图1机械臂控制系统的硬件结构
参考文献
[1]向先波.主从遥控作业机械手控制系统研究[D].华中科学大学.2003
[2]朱世强，王宣银.机器人技术及其应用[M].浙江：浙江大学出版社，2007
论文作者:许岳圣
论文发表刊物:《科技新时代》2019年5期
论文发表时间:2019/7/23
标签：机械论文; 机器人论文; 技术论文; 传感器论文; 精准论文; 视觉论文; 误差论文; 《科技新时代》2019年5期论文;