关节臂式坐标测量机的运动学建模与误差研究

设计了一种新型仿人手臂结构的关节臂式坐标测量机,建立了测量机的坐标系统,在此基础上建立了测量机的四参数D-H运动学模型.在Matlab软件中利用Robotics Toolbox建立了测量机的仿真模型,并对测量机进行了图形仿真,仿真结果验证了四参数D-H运动学模型的正确性.利用Visual C++编制出数据采集软件,实现了从测量机关节空间到工作空间的映射.通过对关节臂式坐标测量机的误差分析,提出了提高测量机精度所应采取的措施,为进一步进行测量机的参数标定和误差补偿提供了理论基础.     

关节臂式坐标测量机热变形误差建模及补偿

建立了关节臂式坐标测量机(AACMM)结构参数热变形误差的运动学方程,研究了在实验温度约为20 ℃时关节臂式坐标测量机主要结构参数的温度变化规律和测量误差的变化趋势,建立了基于多元线性回归方法的热变形误差补偿模型并进行验证。实验结果表明:AACMM工作温度上升值最大可达3℃,测量误差随温度上升呈增大趋势,最大长度测量误差可达0.115 mm。实现了AACMM热变形误差补偿,平均测量误差从0.071 5 mm降到0.033 5 mm,在一定程度上提高了AACMM的测量精度。     

关节臂式坐标测量系统的数学模型和参数简化

关节臂式柔性三坐标测量系统,是一种新颖坐标系测量系统,它具有量程大、体积小、重量轻、使用灵活等优点.论文首先基于Denavit-Hartenberg方法建立了关节臂式柔性三坐标测量系统的理想数学模型和误差模型,然后建立复合球坐标系,简化了误差模型,为进一步研究关节臂式坐标测量机的标定和误差奠定了理论基础.     

基于PSO-BP神经网络的关节臂式坐标测量机长度误差补偿

针对关节臂式坐标测量机(AACMM)长度误差补偿问题,分析了误差来源,通过实验确定了影响其测量长度的误差参数。引入BP神经网络对长度误差补偿模型进行了建模,并通过粒子群化算法对BP神经网络的权值和阈值进行全局寻优,克服了BP神经网络收敛速度慢和易陷入局部极值的缺陷。在不同输入参数的条件下测量标准尺,获得了误差补偿模型的训练样本。进行了长度误差补偿验证,补偿后误差均值减小了0.014 mm,使AACMM的测量精度提高了31.8%。     

基于GA-BP神经网络的关节臂式坐标测量机误差预测模型建立

针对关节臂式坐标测量机的测量误差问题,对关节臂式坐标测量机的误差源进行了分析。利用GA-BP神经网络对关节臂式坐标测量机的单点测量误差进行了模型的建立与预测分析,避免了复杂的数学关系推导。应用HEXAGON-Infinite2.0型关节臂式坐标测量机,在不同的误差参数输入的条件下测量标准锥窝得到单点测量误差,获得模型的训练样本和测试样本,并对模型进行了预测和验证。结果表明,GA-BP神经网络可以对关节臂式坐标测量机进行单点测量误差的预测,GA-BP神经网络模型预测的相对误差的平均值为5%,具有较高的预测精度。     

关节臂式柔性三坐标测量系统的数学模型及误差分析

关节臂式柔性三坐标测量系统是一种新颖的基于旋转关节和转动臂的三坐标测量系统，以角度测量基准取代了长度测量基准，它具有量程大、体积小、重量轻及使用灵活等优点．首先基于Denavit-Hartenberg方法建立了关节臂式柔性三坐标测量系统的理想数学模型和误差模型，并通过几何作图法对模型进行了验证．根据系统的特点和通过对系统中实际存在的影响测量结果的各种误差因素进行了详细分析，为进一步研究系统的误差补偿提供了理论基础．     

回转体测量机温度误差分析及补偿

针对温度对回转体测量机测量精度所产生的影响,结合ANSYS软件仿真及数学计算的方法研究了回转体测量机受温度影响产生的热变形及测量误差,分析了回转体测量机温度误差的主要表现形式.建立了一个以测量架在x方向上的平移和在z方向的倾斜为基础的误差补偿数学模型.采用双环法对测量机温度误差进行了补偿,进行了对比测量实验,实验中分别测量工件上下两个参考圆环的参数,再利用提出的数学补偿模型公式得出工件自身的误差结果,继而对测量结果进行补偿.实验数据显示:温度误差补偿模型合理有效,测量机的重复性误差从100μm以上下降为16μm左右,提出的温度误差补偿模型可以有效降低温度对测量机测量精度的影响,经过误差补偿后的测量机可适用于温度变化环境下的测量.     

三坐标测量机动态误差分析的建模

本文借助于有限元计算方法，建立了估计三坐标测量机动态误差的模型，得到了由于分布质量惯性力所引起的主要动态误差，为测量机动态误差补偿提供了一种实用的方法。     

坐标测量机的联机误差补偿

文中介绍一种坐标测量机（ＣＭＭ）的联机误差补偿系统，用激光多自由度测量（ＭＤＦＭ）系统联机测出ＣＭＭ的多数误差分量，剩余的用小涉仪脱机测出，开发两个数学误差模型，综合上述误差分量，预示测点误差，随之由ＣＭＭ的名义坐标中去掉误差，提高测量准确度，试验表明，该法提高了补偿效果。     

整体叶盘测量机参数标定的关键技术

为解决整体叶盘生产过程中原位检测的问题,设计了专用的关节臂式坐标测量机.该测量机采用具有直线-直线-旋转运动的结构形式,在有限的运动空间内实现了较大范围的测量,满足了测量需求.为标定测量机直行轴与旋转轴之间的平行度误差,提出用平台和方尺作为水平面和铅垂面的实物体现的标定方法,该方法简便易行.经过标定与误差补偿,测量机的测量不确定度小于0.01 mm,符合设计要求.标定结果良好的重复性证明了该方法的正确性.     

收发分体式四自由度激光测量系统耦合误差建模与补偿

线性导轨广泛应用于精密机床和仪器,其运动精度直接影响所在设备的空间定位精度。针对团队前期研制的收发分体式四自由度激光测量系统可以测量导轨直线度、俯仰角和偏摆角,但其直线度与角度测量结果间存在耦合干扰问题,提出了一种误差建模与补偿方法。根据激光测量系统的原理和结构,分析并确定了耦合误差的主要来源,利用矩阵光学及齐次坐标变换的方法建立了耦合误差的补偿模型。以雷尼绍XL-80型激光干涉仪为基准,对所建立的误差补偿模型进行了实验验证,结果表明:利用所建模型补偿后的直线度和角度测量误差均降低了75%以上。所提出的误差建模与补偿方法不但有助于提高四自由度激光测量系统的精度,同时也有助于降低其成本。     

模块化六自由度机器人运动学标定与实验研究

针对自主研发的模块化六自由度轻载搬运机器人,使用激光跟踪仪并采用直接标定法进行了运动学标定与实验研究。采用D-H法构建了机器人连杆坐标系和机器人运动学模型,并运用微分变换的方法建立误差模型。通过激光跟踪仪测量机器人末端位置,将其与运动学模型求解得到的机器人末端位置进行比较,验证了误差模型的正确性。然后将误差模型计算得到的机器人连杆参数误差在机器人控制系统软件中进行修正。最后利用激光跟踪仪测量机器人的关节转角间隙误差,将误差值转换成脉冲数并在软件中进行补偿。机器人运动学标定实验表明,使用激光跟踪仪进行连杆参数误差补偿和关节转角间隙误差补偿可以明显的减小绝对定位误差,绝对定位误差降低了69.6%,定位精度有了明显的提高。     

混联复合机床主旋转轴精度的光电检测与补偿

为了达到对混联机床主旋转轴精度准确评价的目的,采用单频激光干涉仪进行精度检测,并为机床主旋转轴定位误差的补偿做准备。针对干涉仪的测量原理进行了深入研究,分析了激光干涉仪在机床主旋转轴测量中测量精度的主要影响因素和误差补偿,提出了一种简便、可靠的检测方法。最后通过实验验证了设计的检测方案,取得了综合测量结果。     

Precision measurement and compensation of kinematic errors for industrial robots using artifact and machine learning

Industrial robots are widely used in various areas owing to their greater degrees of freedom (DOFs) and larger operation space compared with traditional frame movement systems involving sliding and rotational stages. However, the geometrical transfer of joint kinematic errors and the relatively weak rigidity of industrial robots compared with frame movement systems decrease their absolute kinematic accuracy, thereby limiting their further application in ultraprecision manufacturing. This imposes a stringent requirement for improving the absolute kinematic accuracy of industrial robots in terms of the position and orientation of the robot arm end. Current measurement and compensation methods for industrial robots either require expensive measuring systems, producing positioning or orientation errors, or offer low measurement accuracy. Herein, a kinematic calibration method for an industrial robot using an artifact with a hybrid spherical and ellipsoid surface is proposed. A system with submicrometric precision for measuring the position and orientation of the robot arm end is developed using laser displacement sensors. Subsequently, a novel kinematic error compensating method involving both a residual learning algorithm and a neural network is proposed to compensate for nonlinear errors. A six-layer recurrent neural network (RNN) is designed to compensate for the kinematic nonlinear errors of a six-DOF industrial robot. The results validate the feasibility of the proposed method for measuring the kinematic errors of industrial robots, and the compensation method based on the RNN improves the accuracy via parameter fitting. Experimental studies show that the measuring system and compensation method can reduce motion errors by more than 30%. The present study provides a feasible and economic approach for measuring and improving the motion accuracy of an industrial robot at the submicrometric measurement level.The full text can be downloaded at https://link.springer.com/article/10.1007/s40436-022-00400-6     

五自由度测量中直线度现场标定方法研究

直线度现场标定是保证其在线测量精度的重要方法。在收发一体式激光五自由度测量结构的基础上,针对直线度现场标定中标定平台引入的阿贝误差和角锥棱镜成像误差,建立了直线度现场标定模型。根据该标定模型并结合五自由度测量装置的角度测量结果,提出一种直线度现场标定误差补偿方法。实验表明,该标定方法使标定系数误差减小到0.2%以内,有效提高了直线度现场标定精度。     

极坐标系中平行双关节坐标测量机数学建模

文章介绍了一种新型的平行双关节坐标测量机,此坐标测量机由旋转关节和关节臂构成,以角度和位移为测量基准,我们在测量机的每个关节处建立坐标系,利用空间坐标系之间的转换关系,以极坐标方法建立数学模型,建立的数学模型较之前的更为简单,为我们进一步研究标定及误差补偿建立了基础。     

半球谐振陀螺的振幅控制及误差分析

基于正交理论和半球谐振陀螺的动力学分析,研究了半球谐振陀螺的振幅检测和控制原理.半球谐振陀螺由于制造工艺和装配过程中的因素,其结构难免出现误差,对振幅的检测和控制产生影响.针对结构误差给出了一种振幅检测方法,可有效地提高振幅检测和控制的精度.分析了谐振子环向不对称造成的振幅误差,并建立了由此引起的测角误差的数学模型,讨论了由软件算法来补偿侧角误差的方法.