基于遗传算法的柱面光栅测角技术研究

高精度角度测量装置是保证旋转设备精度和性能的关键, 广泛应用于测量跟踪仪器中, 特别是对于大尺寸坐标测量仪器, 测角相比于测距是制约坐标测量精度的瓶颈。在精密一维轴系平台上, 采用高精度柱面光栅及四个读数头构建测角装置, 对传感器本身、安装及轴系跳动等误差因素对测角精度的影响进行了详细分析。基于角度测量标准器具校准角度测量误差, 对误差数据进行谐波分析。基于遗传算法提出了一种参数优化方法, 建立误差补偿模型, 对测角误差进行了补偿。实验结果显示, 补偿后柱面光栅测角误差减少为0.7, 证明了误差补偿算法的有效性, 显著地提高了角度测量精度。     

激光测量标定机器人坐标系位姿变换的正交化解算

针对大型装备智能制造中的机器人在线位姿激光跟踪测量与实时引导需求,提出了一种机器人坐标系与激光测量坐标系标定转换和解算方法。设计了基于距离原则的机器人末端光学工具中心点TCP(Tool Center Point)位置标定算法。通过运用空间点坐标重心化配置算法和基于罗德里格矩阵变换的最小二乘优化算法解算出了具有单位正交性的位姿变换旋转矩阵。进行了机器人坐标系位姿变换激光测量标定和优化对比实验,旋转矩阵初值和正交优化值进行点坐标转换后的综合RMSE分别为0.579 0mm和0.501 5mm。结果表明该方法能够有效改进姿态旋转矩阵正交性,并提高位姿变换解算精度。     

机械臂全工作空间域非参数约束位姿误差估算

针对机械臂全工作空间域位姿误差估算,提出了非参数化约束的运动学误差综合解算与动态估算方法。基于误差等效微分变量和多关节运动的连杆坐标系误差等效微分变换,构建了机械臂运动学动态非参数化约束的位姿误差模型。将多因素产生末端位姿误差归结为与关节转角变量有关的周期性动态函数变化,实现了机械臂综合误差的动态函数化描述。根据多连杆坐标系关节运动耦合规律,设计了多关节运动空间坐标系位姿在线解耦变换与补偿算法。全工作空间域验证实验中,误差估算值与测量值之间的位置坐标的最大绝对值偏差小于0.01 mm,姿态角的最大绝对值偏差小于0.03°。实验结果表明,该方法可提高机械臂全工作空间域位姿误差估算的精度与可靠性。     

基于EPNP算法的单目视觉测量系统研究

利用计算机视觉进行姿态测量的方法已广泛应用于现代控制、导航、跟踪等多个领域中。研究并设计了一种基于P4P矩形分布的平面靶标和EPNP算法结合的单目视觉姿态测量方法。首先,利用单相机获取平面靶标图像,经图像处理后得到四个特征点的像素坐标,并使用EPNP算法进行姿态解算;其次,对姿态角测量误差进行了仿真分析,为提高姿态测量精度提供了理论指导和依据;最后,提出一种与高精度二维转台结合的坐标系配准方法,利用该方法对三个方向姿态角精度进行验证。实验结果表明:当绕x和y轴的转动角度在[-6,6]时,姿态测量误差小于0.1,可以满足测量应用需求。     

多光栅测角系统精密转台轴系设计

精密转台是精密测量仪器的重要组成部分,转台轴系精度对仪器整体精度有重要影响。文中根据多光栅测角传感器特点,设计了一台一维精密转台,通过有限元分析完成转台的力学性能分析。其中,使用ANSYS软件对转台进行静力学分析,仿真使用环境下转台的应力分布和位移分布情况;通过动力学模态分析,得出转台各阶振型及相应固有频率。完成设计和仿真后,使用千分表对转台轴系的轴向跳动和径向跳动进行测量,通过建立数学模型分析转台回转精度,验证转台轴系回转精度达到4. 3″。     

基于光电扫描的网络式大尺寸测量系统定位算法研究

wMPS( workspace Measuring Position System)是一种新型的网络式大尺寸测量系统.与基于角度交会的定位方法相比,基于光平面交会的定位算法避免了方位角的计算,消除了发射器装配误差的影响.通过对两种算法的证明和比较,分析了主要误差来源,并通过实验进行了验证.实验结果表明,在6m×6m×3...     

旋转平面激光坐标测量系统中的关键技术

基于传统的空间前方角度交汇测量原理,提出了一种旋转平面激光坐标测量系统,它具有独特的自动化单站测角方式和多任务同时进行的优点,能满足先进大型装备制造工业现场测量的要求.介绍了系统的组成,以及单站的几何结构和测角原理,分析了系统测量的几何约束.在此基础上,建立了精确的数学模型,并对模型参数进行分类,设计附件并对基站结构参...     

激光跟踪仪精密跟踪系统的设计

对激光跟踪仪的跟踪伺服控制系统进行了整体研究并给出了总体设计方案。针对跟踪目标的精密探测问题,研究了新型探测手段以及微弱光电信号的精细调理技术与数字滤波方法,使得脱靶量探测稳定性优于±2.0μm。针对跟踪角度精密测量问题,设计了圆光栅数据采集系统,实现了角度脉冲的细分、辨向与准确计数;基于谐波分析方法建立了跟踪过程中的误差补偿模型,将角度测量精度由3.5″提高到1.5″。建立了跟踪伺服电机的数学模型,分析了电流环在跟踪控制中的作用机理,提出了电流、速度、位置三闭环控制结构和复合跟踪控制策略。跟踪实验表明:系统最远跟踪距离不小于41.7m,跟踪速度不低于2.0m/s。该项技术还能为空间动态目标跟踪、激光通信等提供有益借鉴。     

采用光平面交汇的大尺寸坐标测量方法

工业大尺寸测量中常用的经纬仪、跟踪仪等多站式测量系统大多使用基于空间球坐标系的角度交汇测量方式.由于这种测量方法对测站轴系结构有严格的要求,导致现有的测量设备制造成本高、组装困难,并使最终测量结果受轴系误差影响较大.介绍了一种基于光平面交汇的多站式大尺寸测量方法.采用分布于工作空间内的多台激光发射站及接收器测量待测点坐标.建立了基于双旋转激光平面的单发射站数学模型,推导了接收器三维坐标计算公式并对基于光束平差原理的测站定向方法进行了讨论.新方法降低了对测站轴系精度的要求,提高了可靠性.实验结果证明:新方法的测量精度优于0.2 mm.     

多读数头混合布局测角误差抑制方法

在不增大码盘尺寸的前提下,对测角传感器读数头的布局展开研究,以研制小型化高精度的测角传感器。本文基于测角误差的谐波分析结果,详细推导和分析了多读数头布局对角度测量误差的抑制原理。通过对几种典型多读数头布局方式进行深入研究,提出一种采用奇数头和偶数头相结合的读数头混合布局方式,以消除更多更高阶次误差,提高测角传感器的精度。实验结果表明,当采用三个、四个和六个读数头均匀布局形式时,测角传感器的测角精度分别为15.44″、9.72″和8.96″;当采用六个读数头优化布局的方式时,测角精度可达到7.7″。上述结果说明多读数头优化布局可有效抑制测角误差,提高测量精度。