6UPS并联机构铰链间隙误差的标定与精度分析

研究了常用的机构标定方法及相应的测量工具,使用激光干涉仪完成了测量实验,并使用矢量法误差求解模型对测量结果进行了分析计算,获得了机构静平台铰链的安装位置误差、杆长的误差变化、动平台铰链的位置误差数值,并提出了采用拟合误差椭球面的方法对铰链位置装配误差与铰链间隙误差进行分离的误差分析方法,研究了椭球的求解方法,得到了椭球的长轴、次长轴和短轴参数,进一步比较了所有铰链误差在坐标系中的空间分布情况,研究了机构安装结构和铰链类型与误差分布规律的相互关系,这样优化的误差数据可以取得比较好的补偿效果。     

并联机构支链误差耦合分析

针对并联机构误差耦合进行了分析研究.对一种3自由度并联机构进行分析,利用空间矢量链法建立误差模型,用数值法和解析法对机构进行正解计算,通过1阶摄动法将各支链不同误差代入误差模型中.虽然每条支链各部分的误差最终会累积到各个支链的末端,并且支链末端的误差也有各自的方向性,但最终体现在并联机构动平台中心处的误差并不是各支链各方向的累加,其最后体现到动平台末端的误差要比各支链方向累积要小,其主要原因是并联机构特殊的结构抵消了一部分支链误差.对六自由度Stewart机构也进行误差耦合分析,将不同误差代入矢量链误差模型,得出支链误差,再将支链误差代入数值法方程中研究,发现动平台误差也小于各支链平均误差.     

6-PSS并联机构误差分析及标定

为提高6-PSS并联机构的运动精度,需对其进行误差分析和标定研究。利用矢量法构建并联6自由度机构的误差模型,根据MATLAB计算得到机构的误差源对动平台末端位姿影响的灵敏度。对机构进行误差综合分析,结合运动学正解和逆解,提出一种新的基于机构坐标轴姿态约束的运动学标定方法。根据测量初始值,利用标定算法解算得到机构的标定值。借助外部检测设备测量得机构标定前和标定后的位移和角度误差,标定后位移误差由10mm减小到1mm,角度误差由0．3°减小到0．1°。以实际测量数据验证了该标定方法的有效性和正确性,并最终提高了并联机构的运动精度。     

滑块式二回转自由度并联机构误差分析

介绍一种新型的滑块式二自由度并联机构,这种机构可以实现空间两自由度转角摆动。通过用矢量微分计算的方法建立了该并联机构的误差模型。利用误差模型分析了该并联机构当中的滑块机构误差、杆长误差以及球铰间隙对动平台误差的影响。通过误差建模为该机构的设计和误差补偿提供了理论依据。     

并联六坐标测量机测量模型的研究

建立和求解并联坐标测量机的测量模型是并联机构位置分析的正解问题，是其工作空间、控制算法和测量精度等研究的基础，为降低建立和求解测量模型的难度，设计了演化Stewart平台型的并联六坐标测量机，介绍了其特点，建立了推导测量模型的坐标系，按空间并联机构理论，采用等效机构法获得了测量模型的解析解，利用Matlab语言编制程序求解测量模型，得到了不同初始条件下测量模型的数值解，通过位置反解检验仿真结果，证明了测量模型的正确性。     

并联六坐标测量机测量模型的建模与求解

为研究并联坐标测量机的工作空间、控制算法和测量精度等 ,必须进行机构位置分析。测量模型的建立与求解是机构位置分析的正解问题。为降低位置分析难度 ,设计了基于演化Stewart平台的并联六坐标测量机。分别采用等效机构法和三维搜索法建立了测量模型 ,并通过计算机仿真获得了测量模型的解析解和数值解。仿真结果验证了两种建模方法的正确性。     

并联Roberts柔性机构及其微定位平台的结构与位移分析

分析了平行四杆柔性机构与并联Roberts柔性机构的伪刚体模型,并对其耦合位移进行了定性比较;利用闭环矢量法确定了Roberts机构特征点位置;建立了考虑轴漂的位移计算模型,与有限元仿真值相比该模型的最大相对误差仅为2.43%;将对称布置的并联Roberts柔铰机构应用于微定位平台,提出了一种3-PRR微动平台新结构,利用功能转化原理建立了整体机构的输入输出关系矩阵,并与试验结果作了对比,结果表明绕z轴转角的最大误差为5.60%。     

对称3-PRR并联机构的运动学分析与仿真

以对称3-PRR平面并联机构为研究对象,通过矢量分析建立了3-PRR并联机构的运动学模型。采用坐标变换法建立了机构的运动学方程,并对机构的位置正逆解进行了理论求解和Matlab求解,在理论求解机构位置正解时使用了半角公式法。运用Pro/E的Mechanism模块对机构进行了运动学仿真,并将动平台中心点的仿真轨迹与规划的路径进行了比较,验证了建模方法的正确性及机构的可行性。     

3-UPS/S并联稳定平台满载工况误差分析与运动学标定

当负载达到一定数值时,并联机构的变形误差相对于几何误差对动平台输出精度的影响是不可忽略的。以电液驱动型3-UPS/S并联稳定平台为研究对象,分别建立了稳定平台几何误差与变形误差的传递模型,并通过线性叠加得到了总的误差传递模型。基于几何误差传递模型,建立了稳定平台满载工况下的运动学标定模型。在满载工况下进行了运动学标定实验,测量了动平台参考点的位置,计算得到动平台姿态误差δH0,通过分离变形误差δH1得到了几何误差δH,通过最小二乘法完成了稳定平台几何误差参数标定。     

基于D-H矩阵的2-RPaRSS并联机构位姿误差建模与补偿

针对4自由度2-RPaRSS并联机构,利用D-H变换矩阵法建立了机构运动学及单条支链的位姿误差模型,并由此得到了机构基于各运动副误差(制造误差、安装误差、磨损误差等)的动平台位姿误差模型;运用该误差模型对2-RPaRSS并联机构的进行了误差分析和计算,给出了机构驱动角对动平台位姿误差的影响情况;同时建立了单支链的误差辨识模型,并由NSGA2算法求得了各误差的近似最优解,通过误差补偿使并联机构的位姿精度得到明显提高。     

十字形磁梯度张量系统的误差校正

针对十字形磁梯度张量系统中的单磁力仪误差(三轴灵敏度偏差、非正交误差和零点漂移误差)以及磁力仪之间存在的不对正误差,提出了十字形磁梯度张量系统的误差校正方法。首先,建立单磁力仪误差模型,采用基于椭球约束的最小二乘拟合算法对磁力仪的测量数据进行拟合从而得到椭球拟合参数;然后,接着利用Cholesky分解得到单磁力仪误差校正矩阵;最后在单磁力仪误差校正的基础上,利用正交Procrustes方法对不同磁力仪间的测量数据进行拟合从而得到磁力仪间的不对正误差校正矩阵。对提出的方法进行仿真与实测实验验证,实验结果表明:经过校正,磁梯度张量各分量的最大波动量由10 049nT/m降到52nT/m。提出的校正方法可以基本消除十字形磁梯度张量系统的误差,提高测量结果的准确度,且方法操作简单,不需要高精度的三轴无磁转台等设备,具有较高的实用价值。     

基于标定板的协作机器人Denavit-Hartenberg参数标定研究

提出一种基于标定板的协作机器人Denavit-Hartenberg参数标定方法。应用这一方法,将协作机器人拖曳至标定板的不同位置,得到不同位置的位置偏差,构建协作机器人误差方程。应用Denavit-Hartenberg参数法建立协作机器人的误差模型,采用刚体微分运动方法对误差模型进行化简,并结合误差方程优化协作机器人的Denavit-Hartenberg参数。这一标定方法具有操作简便、通用性强的优点,通过试验验证了这一方法的有效性。     

基于主动视觉的相机标定方法在太阳能电池片丝印机上的应用

为了实现太阳能电池片丝印机视觉对位系统高精度标定的目标,采用线性相机模型与高精度的标定板及高精度的主动视觉平台,并采用基于平面正交运动的主动视觉标定方法以实现标定系统构建。本研究阐述了线性相机模型和相机标定方法,介绍了丝印机视觉对位系统的构成,设计了基于主动视觉标定方法的主动视觉对位平台的运动过程。标定时,令主动视觉平台按照预先设计的运动信息表动作,由相机采集每次运动后标定板上特征点的图像。根据每次平台运动采集到的特征点信息与平台运动距离之间的关系,通过采用Matlab的OPENCV算法,线性地求解了相机的内外参数,给出了相机标定的部分程序,并分析了标定误差。结果表明,采用基于平面正交运动的主动视觉标定方法,仅需主动视觉平台做有限的几次运动就能够实现相机的线性标定,实现起来比较容易,且标定精度能够满足使用需求。     

二维旋转平台下的相机参数标定

针对可旋转相机的参数标定问题,提出了一种基于二维旋转平台的相机成像模型。首先,通过一对坐标系的变换与逆变换,将相机的旋转平移变换关系转换为二维旋转平台纯旋转关系;然后,借助旋转平台读数以及相机到旋转平台的固定变换关系,实现相机内参的精确标定以及任意位置间相机外参的相互转换;最后,利用标定出的相机与旋转平台间变换矩阵实现不同位置相机参数的转换。相比于传统固定相机的标定方法,本文提出的方法标定获得的相机内参具有更好的收敛性,而且能够标定出相机到旋转平台的变换矩阵,从而实现相机坐标系变换参数的精确计算。实验结果表明,在标定模板图像数量相同时,与常用的张氏标定法相比,本文提出的方法标定获得的相机内参具有更快的收敛速度。棋盘格角点重投影坐标与实际拍摄图像中棋盘格角点坐标相对比,平均误差约为0.12pixel,表明该方法具有较高精度。     

采用间接测量法对VAMT1Y型虚拟轴机床运动学标定的仿真研究

在对虚拟轴机床进行运动学标定的仿真计算过程中 ,采用间接测量法对虚拟轴机床的运动进行间接测量 ,然后通过矩阵重构的方法来解决测量噪声的干扰问题。仿真结果表明 ,虽然在虚轴机床的工作空间里无法将其可能存在的结构误差全部求出来 ,但计算结果完全可以满足机床在工作空间里的运动精度要求。因此采用此方法对虚拟轴机床进行标定是可行的     

Linear calibration method of magnetic gradient tensor system

Based on the detailed analysis of systematic errors, mathematical model of error parameters is constructed and linear calibration method is proposed for magnetic gradient tensor system. Firstly, nonlinear mathematical model of error parameters for single vector magnetometer is constructed based on scalar calibration, and least square solution is deduced by two nonlinear conversions without any mathematical simplification. Then outputs of four tri-axial magnetometers are calibrated to sensor’s orthogonal coordinate respectively. Secondly, a least square estimation is proposed for the misalignment errors between different magnetometers according to the rotation matrix comprising conversion of different orthogonal coordinate system. After calibration, outputs of tri-axial magnetometers are acquired along the ideally platform frame-orthogonal coordinate system and these enable calibration of magnetic gradient tensor system. Simulations and experiments show that the proposed linear calibration method can accurately solve the detailed error parameters and decrease measurement errors of magnetic gradient tensor system remarkably.     

Error modelling and measurement for the rotary table of five-axis machine tools

Rotary tables are widely used with multi-axis machine tools as a means for providing rotational motions for the cutting tools on the three-axis machine tools used for five-axis machining operations. In this paper, we present a comprehensive procedure for the calibration of the rotary table including: geometric error model; error compensation method for the CNC controller; error measurement method; and verification of the error model and compensation algorithm with experimental apparatus. The methods developed were verified by various experiments, showing the validity and effectiveness of the presented methods, indicating they can be used for multi-axis machine tools as a means of calibration and precision enhancement of the rotary table.     

Error analysis and auto-calibration for a Cartesian-guided tripod machine tool

This paper focuses on the error analysis and calibration methodologies for a parallel kinematic machine (PKM) called a Cartesian-guided tripod (CGT). The CGT volumetric error due to the geometric error, kinematic parameter error and nonlinear machine stiffness were studied. It is well known that the PKM nonlinear machine stiffness can produce significant volumetric errors from several tens to several hundreds of micrometres depending on the averaged value and deviation range for the machine stiffness. For most PKMs, joint level sensors are used to estimate the virtual Cartesian movements of the cutting tool. The nonlinear stiffness effect is not detected by this indirect metrology method and must be compensated for by a calibration methodology. A solution for the nonlinear stiffness effect implemented on the CGT involves using a passive Cartesian guiding/metrology leg that is independent of the driving legs to directly measure the Cartesian movement of the motion platform. Because the metrology loop of the Cartesian guiding/metrology leg is separated from the kinematic loops of the driving legs, the volumetric accuracy of the CGT is immunised against thermal errors and load deformations on the drive mechanisms. The passive Cartesian guiding/metrology leg is also used for the auto-calibration of the CGT kinematic parameters. The auto-calibration methodology and simulation results were studied and reported.