静电陀螺仪对准误差产生的系统伺服随动误差分析

介绍了采用平行光管式光电位置探测器(PSD)测角的静电陀螺仪在伺服测试转台上测试时,陀螺坐标系与平台台体坐标系之间的两种对准误差,然后推导出由该对准误差引起的反射光斑中心点在PSD平面坐标系上的坐标变化公式,给出了当陀螺坐标系与台体坐标系之间存在对准误差时,计算伺服随动误差的步骤,并根据静电陀螺仪的结构及工作情况,选取一组数据进行了计算。结果表明:第一种对准误差比第二种对准误差约大两个数量级;为减小系统伺服随动误差,第一种对准误差应不大于4'。其结论对静电陀螺仪的设计与测试具有理论指导意义。     

减小桥式微操作平台温度效应的参数与构型优化设计

由于微操作平台处于温度变化的工作环境中会导致其产生热误差、断裂和疲劳破坏,提出从优化结构参数和构型设计角度减小温度效应对微操作平台的影响。以桥式微操作平台为对象,采用有限元方法建立计入温度效应的平台热响应模型,并基于该模型分析平台结构参数与热误差之间的关系,由此选出对平台热误差影响较大的参数作为设计变量。提出一种以热误差和热应力为优化目标,以固有频率和工作空间为约束的优化模型。结果分析表明,在保证平台的固有频率和工作空间的前提下,平台的热误差减小了44.35%,热应力减小了3.32%,说明了优化模型的有效性。从构型设计角度,根据结构的对称性对温度效应相互抵消作用及凹型和凸型桥式平台不同的温度效应,提出了凹凹型、凸凸型、凹凸型、凸凹型4种对称式构型设计。结果分析表明,在相同的温度变化作用下,该4种构型产生的热误差与热应力均比凹型和凸型平台更小,且凹凸型平台温度效应最小,说明了构型设计的可行性。     

三自由度并联姿态测量机构及其运动学参数最优化设计

提出了基于并联结构的三自由度姿态测量机构，将其连接到三自由度串联结构位置测量装置末端可以实现对被测物体六自由度位姿的综合测量。该测量机构克服了并联机构运动学正解的困难，得到运动平台姿态坐标参数的显式解。建立了基于全微分理论的姿态测量机构坐标参数误差模型，实现机构运动学参数的优化设计。误差因子分析使得机构运动学参数设计更为合理。     

车桥故障诊断柔性检测台台体的设计方案

提出车桥故障诊断检测台设计参数及要求，简要介绍台体的设计方案和各部分设计原理。台体的整体设计包括台体装夹、电机滑台和柔性连接3部分，其中柔性连接部分是台体方案设计的关键。检测台要具有一定的稳定性、柔性和抗振性能。它的设计将会方便准确地诊断出车桥传动系的故障所在，改善汽车传动系的设计，提高汽车的乘坐舒适度。     

惯性平台台体组件动态特性分析

通过在轴承滚珠和滚道面间建立接触单元，较好地处理了台体组件中的轴承连接问题。通过对某型号惯性平台台体组件进行有限元动态分析，发现了台体组件结构的薄弱环节；针对结构所存在的问题，对如何改善结构的动态特性提出了建议，为以后对台体组件进行动力修改与优化设计奠定了基础。     

惯性平台台体组件的有限元模态分析

用ANSYS软件通过在轴承滚珠和滚道面间建立接触单元，较好地处理了台体组件中的轴承连接问题。通过对某型号惯性平台组件进行有限元模态分析和研究，给出了台体组件前6阶固有频率和振型。根据计算结果，对如何改善台体组件的动态特性提出了建议，为进一步进行台体组件的动力学分析奠定了基础。     

熔融沉积(FDM)3D打印工艺参数优化设计研究

通过分析FDM成型工艺,设计试验加工模型。对模型主要工艺参数进行数学建模分析,分析推导出尺寸误差和表面精度误差产生的机理以及具体的表面精度误差函数。通过对表面精度误差函数的仿真结果的分析,确定打印工艺参数取值。通过3D打印机与上位机建立熔融沉积(FDM)3D打印机试验平台,并设计了基于正交试验法的FDM打印机参数优化方案,通过试验结果的分析,得出了工艺参数的最优组合以及影响的主次顺序,再次利用试验验证了参数分析和优化结果的正确性。     

齿轮传动误差测量精度影响因素分析及验证

本文以某具体齿轮传动误差试验台构建为例,借助理论计算和有限元仿真分析方法重点针对光栅安装主轴系结构刚度和台体振动特性进行了分析,得出了关键轴系结构刚度设计满足光栅测量精度需求,且对于测试对象在10阶频率范围内,齿轮传动误差频谱响应与台体不会发生共振,验证了试验台关键轴系和台体结构设计科学性和合理性。     

一种索杆混联机构的精度分析

以索杆混联机构为研究对象,在Unigraphics NX中建立了1T2R三自由度索杆混联机构的模型。在运动学逆解方程的基础上,根据并联机器人微分理论建立了该索杆混联机构动平台位姿误差数学模型。利用MATLAB软件全面分析了索杆混联机构的结构参数和输入参数对动平台位姿误差的影响。结果表明:3条柔索的长度对末端动平台输出位姿误差影响最敏感,在设计和制作试验样机时需要精确控制。     

空间机械手模型参数在轨标定方法研究

为了在轨辨识空间机械手真实模型参数,该文分析了模型参数误差来源,提出了基于遗传算法的空间机械手模型参数在轨标定方法,设计了关节变量误差和DH参数误差两组仿真数据对该方法进行验证。仿真结果表明,该方法切实可行,能够比较准确地识别出模型参数误差,有效地更新机械手运动学模型。与传统标定方法相比,基于智能优化算法的标定方法更具有广泛性。     

A two-step calibration methodology of multi-actuated mechanical servo press with parallel topology

We present a two-step calibration methodology of multi-actuated mechanical press with parallel topology and illustrate the method with a case study of a dual-actuated servo press with parallel topology. The kinematic model of the servo press is established firstly. From the total differentials of the kinematic equations, the error sensitivity matrix is obtained to find out linear dependent parameters and the effects of kinematic parameters on the press accuracy are studied. It is found that the press mechanism has the advantage that the press accuracy at the working area is less sensitive to the kinematic parameter errors. The experiment is carried out to measure the motions of the moving platform and slider. By the kinematic error model, the kinematic parameters of the active and passive chains are identified, respectively. Experimental results show that the accuracy of the servo press improves by 82% after kinematic calibration.     

精密定位系统的摩擦力建模与补偿

为了提高由直线电机驱动的精密定位系统的定位精度,建立了优化Stribeck摩擦模型,对摩擦力这一影响定位精度的主要因素进行补偿。首先,对于传统的Stribeck摩擦模型进行优化,采用改进的最小二乘算法对模型参数进行辨识。然后,对所建立的摩擦模型补偿算法进行仿真并与扰动观测器的补偿算法进行比较,发现前者速度比后者速度在补偿后提高了4.33%,对摩擦力具有更好的补偿效果。最后,在大行程二维精密定位平台上进行验证,根据平台能够达到的最大速度定义0.005 m/s为低速运动,0.05 m/s为高速运动,在这两种速度下进行实验,并与基于库仑摩擦前馈补偿模型比较。实验结果表明：精密定位平台在速度为0.005 m/s的低速运动时,优化模型的跟随误差减小了67.67%;在速度为0.05 m/s的高速运动时,优化模型的跟随误差减小了51.63%,验证了优化Stribeck摩擦模型补偿算法的有效性。本文提出的优化Stribeck摩擦模型可用于提高由直线电机驱动的精密定位系统的定位精度。     

Development and kinematic calibration for measurement structure of a micro parallel mechanism platform

This paper presents a micro-positioning platform based on a unique parallel mechanism developed by the authors. The platform has a meso-scale rectangular shape whose size is 20 × 23 mm. The stroke is 5 mm for both the x-and y-axes and 100 degrees for the α-axis. The platform is actuated by three sets of dual stage linear actuators: a linear motor for rough positioning and a piezo actuator for fine positioning. The developed micro-positioning platform has a measurement system that consists of three linear sensors. The position and orientation values of the movable platform can be measured directly and used in a feedback control system. Selecting 18 kinematic error parameters of a measurement system (feedback control system), a two-stage kinematic calibration method is proposed. Constant error parameters are found in the first stage and variable error parameters are found in the second stage of kinematic calibration. After kinematic calibration the position error is reduced to within 0.5 μm and error reduction rate is over 90%.     

导航信息滞后补偿实现高速无人机对地精确定位

针对高速无人机光电侦查平台的实时对地目标定位误差,研究了基于惯导信息的光电平台目标定位算法。利用目标定位数学模型和误差模型,分析了影响目标定位精度的因素,建立了参数误差对于定位精度影响的数学仿真模型。通过仿真分析确定了卫星导航信息的实时性是造成定位误差的主要因素,提出了通过修正卫星导航信息延时时间来解决了光电侦察平台实时目标定位误差问题。进行了飞行试验以验证提出论点的正确性,结果表明:通过修正卫星导航信息延时时间,有效补偿了载机坐标信息滞后,提高了光电侦察平台目标定位精度,定位误差由补偿前的100m减少到小于40m。研究结果对高速飞行器的相关应用具有重要的参考价值。     

旋转导向钻井惯导平台动力学分析与运动研究

将受到井下复杂扰动力矩作用的惯导伺服平台稳定控制在某一特定方位角度,是推靠式全旋转导向钻井系统实现准确导向的关键,但该平台对作用力矩非常敏感,小的扰动即可使其振荡失稳甚至单向旋转。通过对平台主要作用力矩的分析,建立一个考虑摩擦、水力冲击、质量分布偏心、安装误差偏心和涡轮电动机电磁作用等作用力矩的非线性动力学模型。基于该模型,仿真分析平台在无扰动和复杂扰动下的运动,得出了平台结构和扰动作用参数对平台运动影响的一般规律,水力驱动下的力矩测试试验验证了动力学分析的合理性。这些工作为改进系统机械设计和平台控制方法研究奠定了基础。     

6UPS并联机构静态误差的矢量法标定

分析了不同误差对并联机构的影响，通过对机构进行位姿误差分析，建立了采用并联机构运动学反解模型的矢量法误差求解模型；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误差测量实验，并按照矢量法误差模型对测量结果进行了分析计算，使用多组姿态数据的不同组合进行误差计算，并对误差影响区域及区域重心进行拟合处理，获得了优化的机构静平台、动平台铰链的位置误差数据。使用位置误差数据可以获得更好的补偿效果。     

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。     

基于系统辨识的动态汽车衡称重方法

将基于系统辨识的误差输出方法应用于动态汽车衡称量。首先分析和构造了符合汽车衡特点的系统辨识模型，并基于该模型提出了优化输出误差方法，利用称量信号的有效信息，明显提高了称量精度和速度。在试验中，使用3种不同的常见车辆，称量精度达到1％。同时分析了称量过程中的影响因素，在20km/h以下和滑行通过称台的测量条件下，称量误差小于0．85％，为动态汽车衡高速高精度称量提供了实用的工具。     

快速控制反射镜两轴柔性支撑平台刚度优化设计

基于椭圆弧柔性铰链兼顾了直梁型柔性铰链运动范围大和圆弧型柔性铰链运动精度高的特点,设计了基于椭圆弧柔性铰链的二维快速控制反射镜系统两轴柔性支撑平台。为使柔性支撑平台快速响应性好,即使其低阶固有频率最大化,对该柔性支撑平台进行了结构优化设计。理论推导了单个柔性铰链最大刚度与许用应力、转角和铰链参数的理论计算公式。然后,采用集总参数的分析方法,得出了两轴柔性支撑平台低阶最大固有频率的理论计算公式。由公式可知:在转动惯量一定的情况下,低阶固有频率最大化即为工作方向刚度最大化。最后,通过有限元仿真和实验检测验证了理论计算的准确性,得到的结果显示:柔性支撑平台的最大固有频率和最大应力的理论值与仿真值的相对误差小于5%,平台工作刚度的理论值与仿真值、实测值的相对误差分别为3.86%和5.75%。仿真和实验结果表明:利用本文推导的理论公式进行柔性支撑平台刚度优化设计,既可以满足工程设计要求,又能省去繁杂的有限元计算。     

基于LabVIEW的摆线齿轮误差虚拟测量仪的研制

提出摆线齿轮误差检测的评定指标,利用LabVIEW虚拟仪器软件平台,开发摆线齿轮误差检测的虚拟仪器,介绍仪器测试系统的构成及其程序设计。