应用LPOE公式与遗传算法标定导引头运动学参数

提出了一种导引头运动学参数标定方法,用于提高两轴双框架导引头的视轴静态指向精度。首先,根据导引头稳定平台的光机结构特点,应用局部指数积(LPOE)公式建立了导引头理论运动学模型;通过分析轴系误差对运动学参数的影响,修正了理论运动学模型。然后,结合参数标定原理,设计了遗传算法。该算法采用多点交叉与自适应变异概率来提高搜索效率并求得全局最优解。以视轴静态指向误差为目标函数,利用遗传算法对运动学参数进行了辨识。最后,利用激光跟踪仪测得两组数据,分别用于辨识参数及验证标定模型。实验结果表明:视轴的静态指向精度由标定前的109.9″提高到22.3″,显示提出的标定方法能够有效的修正导引头运动学参数。     

3-PPPS并联机翼调姿机构运动学标定

为解决一种3-PPPS并联机翼调姿机构因制造、装配过程中存在的误差因素所引起的调姿精度不高的问题,考虑了调姿系统结构误差因素对调姿机构位姿精度的影响。采用空间矢量链建立机翼部件调姿位移逆解方程,通过微分机构运动学方程,得到包含39项误差源的调姿机构位姿误差与几何误差之间的映射方程。利用激光跟踪仪测量调姿机构测量机翼参考点位置和定位器各轴的实际驱动量。通过最小二乘迭代法辨识出定位器结构误差,修正定位器反向驱动位移求解参数。经过运动学标定实验后,调姿平台的位置最大误差由2.68 mm降为0.82mm,角度最大误差由0.481°降为0.167°,从而验证了标定方法的有效性。     

面向精度评价的并联机床参数辨识技术

基于并联机床外部标定,推导出辨识方程的残差近似等于标定后的位姿误差。为克服最小二乘法存在较大残差的缺陷,面向精度评价,提出最小最大优化的参数辨识技术,以残差最大绝对值最小为优化目标,直接控制误差范围。标定实例验证了最小二乘法缺陷的实际存在和最小最大优化抑制较大残差的效果。该参数辨识技术直接联系运动学标定和标定后的精度评价,简单有效的提高并联机床的整体精度。     

利用激光跟踪仪对机器人进行标定的方法

提出一种简单的利用激光跟踪仪和线性方程最小二乘解对机器人进行标定的方法。通过将机器人运动学方程线性化,建立机器人末端凸缘盘位置误差与连杆D-H参数误差的关系方程。利用激光跟踪仪确定机器人的基坐标系,并通过圆周法求解每个关节电动机的直线方程,进而可以求得机器人的连杆扭角。通过激光跟踪仪测量机器人目标点的坐标值,并通过串口获得机器人6根轴的角度值建立标定方程。通过求解此方程,获得机器人的实际D-H参数,并将此参数应用于修正系统的运动学模型,能够提高机器人的绝对精度。最后对解算过程中的误差和原因进行说明,并对机器人的误差原因进行分析,指出标定过程中需要注意和改进的几个问题。     

双工位4-PPPS飞机装配对接系统几何参数标定方法

双工位4-PPPS并联机构承载能力强、结构稳定,用于飞机机身舱段的装配过程以提高对接效率减轻劳动强度.然而由于对接系统为大尺寸分布式结构,且具有较大的制造和安装误差,很难保证实际对接精度.为了提高4-PPPS机身对接机构的定位精度,提出了两步精度提升方法:首先提出了一种均值迭代方法标定飞机坐标系的基准点,作为整个对接系统的参考坐标系,提升了测量坐标系和飞机坐标系之间的匹配精度.其次,提出了一种基于空间位姿矩阵微分的运动学标定方法,推导出了系统全误差导数方程,可以对多达42个运动学参数进行同时标定.通过本文方法,飞机舱段对接系统的最大位置误差从2.2 mm减小到0.035 mm,最大指向误差从0.08°减小到0.018°.精度测量和对接试验证明了所提出方法的有效性.     

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。     

基于最小二乘法的IMU安装误差计算方法

文章针对IMU产品工程应用的需求,从IMU产品的实际安装关系出发,推导出了IMU产品的安装误差模型。为便于使用最小二乘法进行参数估计,对上述模型进行了线性化处理,给出了从线性模型中提取安装误差的方法,并对安装误差模型参数进行了误差分析。通过软件仿真及标定实验表明,该方法能够实现利用常规标定试验数据进行较高精度的安装误差估计。另外,文中还分析了标定过程中转台输入与产品输出间的关系,推导出了两者之间的转换方程。     

激光通信旋转双棱镜系统误差对指向精度的影响

分析了旋转双棱镜系统存在的误差源,根据误差源,采用光线矢量传播方法建立了光束指向模型,基于光束指向模型求旋转双棱镜系统出射光束指向偏差对系统误差的偏导数;在指向区域中,根据各个误差的测量精度分析误差对指向精度的影响.仿真计算结果表明,理论指向偏差最大值为0.3620°,理论指向偏差均方根为0.0470°;桌面实验结果表...     

一种模块化机器人的标定方法研究

对一种可重构模块化机器人系统进行定位精度标定方法研究。采用装配映射矩阵描述任意给定的模块化机械臂组成模块间的装配关系,并根据装配信息自动生成指数积形式的运动学模型。根据指数积公式中关节旋量坐标的理论值和实际值之间的伴随变换关系将运动学模型改写成包含关节约束条件的等价形式。对运动学方程取微分得到机械臂末端定位误差与关节旋量误差及零位位置误差间的线性化模型。给出了一种基于最小二乘法的运动学参数标定模型及其生成方法。通过程序生成一种5自由度模块化机械臂的标定模型并采用激光跟踪仪作为测量设备进行运动学参数标定试验。试验结果表明标定过程能够快速收敛到稳定值。测试结果表明经参数标定机器人的平均定位精度提高了近4倍。     

大气临边观测中视轴临边指向精度的在轨补偿

为提高大气臭氧观测中的临边大气反演精度,克服臭氧探测仪在轨热变形和卫星姿态误差对临边指向精度的影响,建立了在轨视轴临边指向的精度补偿方法。通过分析低星等恒星的能量和观测时机,设计合适的恒星观测窗口和积分时间;采用平板玻璃获取星点像的弥散斑,用阈值距心法计算恒星像在像面上的位置;然后根据卫星轨道和探测仪的几何结构,设计临边指向精度的在轨补偿方法并分析了补偿后的临边指向精度。地面对星观测实验的结果表明:采用恒星定位补偿法,可使星点像的定位误差小于1.83″,当前视轴的指向误差控制在±3.08″以内;在编码器的位置重复精度为±2.47″的条件下,使临边观测光轴位置上的扫描镜定位误差控制在±3.95″以内,臭氧探测仪临边指向精度达到±7.9″以上,完全满足反演所需的指向精度优于±12.4″的要求。     

激光跟踪仪测角误差补偿

由于激光跟踪仪的角度测量精度直接影响仪器的测量精度,本文提出了用自准直仪结合多面棱体对跟踪仪金属圆光栅测角误差进行离散标定的方法。研究了基于谐波分析的误差补偿方法,取金属柱面圆光栅测角误差中幅值较大且相位基本不变的谐波分量建立了补偿模型,避免了最小二乘法不收敛的问题。分析了标定测角误差的不确定度,结果显示：水平测角精度补偿前后分别为1.60"和0.90",俯仰测角精度补偿前后分别为4.89"和0.91",精度分别提高了44%和81%,从角秒级提高到了亚角秒级。结果表明,提出的方法可为激光跟踪仪水平和俯仰轴系提供测角误差补偿,对类似测角系统的误差补偿也有参考价值。     

3-RPS并联机构运动学标定方法的研究

针对六轴混联机床中因3-RPS并联机构结构参数误差引起的精度问题,分析了影响3-RPS并联机构几何精度的误差因素,给出了并联机构的误差模型;基于影响并联机构定平台运动精度较大的几何误差参数;建立了运动学标定模型.采用阻尼最小二乘法,经多次优化迭代实现了利用一组测量数据完成非线性超越矛盾标定方程组的求解.利用激光干涉仪完成了标定用数据的测量,通过3-RPS并联机构运动学逆解和各铰链的几何标定参数,得到动平台的实际位姿.通过对标定前后的Z轴定位精度的检测及实际零件加工试验,验证了3-RPS并联机构运动学标定模型和方法的正确性和有效性.     

Design of a Two-Step Calibration Method of Kinematic Parameters for Serial Robots

Serial robots are used to handle workpieces with large dimensions, and calibrating kinematic parameters is one of the most efficient ways to upgrade their accuracy. Many models are set up to investigate how many kinematic parameters can be identified to meet the minimal principle,but the base frame and the kinematic parameter are indistinctly calibrated in a one-step way. A two-step method of calibrating kinematic parameters is proposed to improve the accuracy of the robot's base frame and kinematic parameters.The forward kinematics described with respect to the measuring coordinate frame are established based on the productof-exponential(POE) formula. In the first step the robot's base coordinate frame is calibrated by the unit quaternion form. The errors of both the robot's reference configuration and the base coordinate frame's pose are equivalently transformed to the zero-position errors of the robot's joints. The simplified model of the robot's positioning error is established in second-power explicit expressions. Then the identification model is finished by the least square method, requiring measuring position coordinates only. The complete subtasks of calibrating the robot's 39 kinematic parameters are finished in the second step. It's proved by a group of calibration experiments that by the proposed two-step calibration method the average absolute accuracy of industrial robots is updated to 0.23 mm. This paper presents that the robot's base frame should be calibrated before its kinematic parameters in order to upgrade its absolute positioning accuracy.     

基于改进遗传算法实现柔性三坐标测量机参数标定

针对柔性三坐标测量机测量精度低的弊端,提出了误差修正和参数标定的方法.应用Denavit-Hartenberg( DH)法建立了柔性三坐标测量系统的运动学模型和误差模型,考虑系统结构参数标定问题,提出了一种基于优化最小二乘法的改进遗传算法.首先,在最小二乘法中引入变化因子来衡量收敛速度;其次,当该因子趋于稳定时,将产生...     

空间指向测量仪器的多物理场效应研究综述

空间指向测量技术是航天器研制中的基础性和关键性技术之一。多参量、时变性、强耦合的空间多物理场是制约指向测量精度向毫角秒级提升的瓶颈。本文首先对空间多物理场的复杂效应进行了概述;然后从空间多物理场误差的分析抑制、地面标定和在轨标定3个方面总结了国内外空间多物理场误差标定装置和关键技术的研究现状。本文提出,通过精准模拟与感知多物理场,量化重构空间复杂环境,搭建毫角秒级误差标定系统,揭示多物理场耦合效应及误差演化机理,建立完备的多物理场效应分析和误差补偿模型,是突破高精度空间指向测量技术的重要途径。最后,本文剖析了装置研制和空间多物理场效应研究中的关键难题,并对相关技术的发展给出了若干建议和展望。     

基于CPA方法的串联工业机器人运动学标定精度试验研究

几何参数误差是影响工业机器人定位精度的主要误差源,约占总误差的80％以上.基于圆点分析法(circle points analysis,CPA)所标定的几何参数与机器人的实际结构相关,并且能够将几何参数误差与其他误差源解耦.研究表明CPA方法的测量策略对其标定精度具有较大影响.针对基于CPA方法的串联工业机器人运动学标...     

虚拟轴机床的运动学预标定实验研究

运动学标定是提高虚拟轴机床精度的重要技术手段,结果机床加工作业的特点,提出一种对虚拟轴机床进行预标定有效方法。其特点是通过改变静平台铰链点的位置参数校准静平台坐标系相对于工作台坐标系的姿态,从而消除因静平台坐标系位姿偏差所导致的末端输出误差,这有利于提高以后标定算法的有效性,为标定作好准备。     

基于蒙特卡罗法的星载太阳辐照度光谱仪对日指向误差分析

为保证光谱仪能够获取到有效太阳光谱数据,要求搭载光谱仪的二维转台能够长时间高精度跟踪太阳,而跟踪太阳的前提是转台实现精准指向,使太阳进入导行镜的有效视场.根据从卫星接收的太阳矢量和姿态数据对安装误差进行修正,计算修正后转台指向的参考值,并确保指向误差小于1°.在转台各个基准立方镜上建立坐标系,采用坐标变换法建立了对日指...     

机动车载快速反射镜激光指向修正量的解算

为了提高机动车载跟瞄发射系统的瞄准精度,提出在其发射光路中引入快速反射镜来修正发射激光的方向。研究了快速反射镜激光指向修正量和粗红外跟踪脱靶量以及反射镜空间实时绝对角度的关系,结合激光发射光路和红外跟踪光路的结构特点,提出了将船摇坐标变换理论应用到快速反射镜激光指向修正量的解算中。建立了快速反射镜激光指向修正量与粗红外跟踪、快速反射镜空间位置的关系,并通过MATLAB编写了M函数,建立了SIMLINK仿真模型。基于仿真模型得出了激光指向修正量与快速反射镜转角的关系数据以及在快速反射镜工作范围(±6′)内的简化公式。试验结果表明:该解算算法正确,解算精度较高,最大静态解算误差为2.9″;载车在三级公路上以20km/h的速度跑车时,激光指向的控制精度为方位角11.65″、俯仰角15.38″,均满足项目指标要求。     

星体弧长法标定光电经纬仪指向精度

星体标校技术是利用恒星在天球上的准确视位置标定光电经纬仪的指向精度。其方法主要采用两种方式：时角法和弧长法。时角法是采用恒星视位置的计算公式,通过光电经纬仪瞄准并测量,然后与理论计算的真值进行比对,从而求出光电经纬仪的指向误差。弧长法则是利用天球中北极星与任一颗恒星弧长不变的原理而发展起来的新型技术。本文详细介绍了星体弧长法标定光电经纬仪指向精度的基本原理,对标定精度进行了分析,指出了影响其精度的因素,并对其应用到靶场的外场实时检测方法进行了探讨。