一种平面运动位姿的并联组合测量方法研究

基于特殊的测量环境需要，提出了用于平面运动位姿测量的并联组合测量方法。介绍了并联组合测量方法的测量机构组成和测量原理，并进行了可行性论证；通过建立误差模型，对几何误差源与原始测量参数的映射关系及其对最终位姿测量误差的影响进行了分析，仿真结果和实际应用测量数据验证了分析的正确性。所述并联组合测量方法构思新颖，结构合理，适用于具有一定特殊测量条件的高精度平面大范围运动过程位姿测量。如果在工程应用中有效地控制几何误差源的影响，该方法则具有一定的推广应用价值。     

并联嵌入式六自由度位姿传感器的设计与精度分析

以6SPS并联机构为原型,分析其运动学正反解。利用欧拉法预估并校正位姿,提出一种并联式六自由度位姿传感器,阐明其测量原理。借助雅可比矩阵建立误差模型,分析测量误差对位姿精度的影响,并采用拉线式编码器设计嵌入式六自由度位姿传感器。而后通过实验对该位姿传感器的精度进行检验,并成功应用于500 m口径球面射电望远镜馈源舱动态补偿模拟装置中。     

平面柔性3-RRR并联机构自标定方法

平面柔性并联机构具有柔性机构和少自由度并联机构两者的优点,是当前研究的热点之一.提出并验证一种简单、有效的平面柔性3-RRR并联机构自标定方法.从误差建模出发,利用矢量链法推导出标定参数辨识方程.借助静平台上的标准定位圆孔,通过仪器对拉线式编码器(线尺)进行标定,进而利用线尺在线地测量、记录机构运行中的实际位姿,结合数控系统中的理论轨迹,辨识出系统模型误差.根据辨识结果对控制模型进行补偿,使平面柔性3-RRR运动平台轨迹误差得到了明显的减小,有效提高了机构的精度,完成了利用线尺进行机构自标定方法的研究.由于测量工具和建模方法通用性强,且具有在线实际位姿测量能力,该试验研究为平面柔性少自由度并联机构的自标定提供了一种切实可行的解决途径,同时为全闭环控制提供了可行的测量方法.     

平面3自由度并联机构弹性动力学研究

以平面3自由度并联机构为例,将机构划分成杆单元和平面三角形单元,用有限元理论建立机构微分运动方程。分析机构模态频率和主振型随机构位姿的变化情况。研究机构在主动力和惯性力激励下的动力响应,将机构真实运动与其刚体运动比较,揭示了机构瞬时振动的型态,找出了机构主要柔性环节。研究机构在加速、匀速和减速运动状态下,动平台的位置和姿态误差的变化规律,清楚了机构速度和加速度的动力特性,结果显示,在机构加速或减速过程中位姿误差和动应力显著增大。     

A New Method for Measuring the Movable Platform Position and Orientation of Parallel Machine Tool

提出一种采用附加测量机构直接测量并联机床运动平台位姿精度的方法。其基本思想是根据运动平台的运动特性在固定平台和运动平台之间增设附加测量机构,当运动平台运动时带动测量机构运动,通过安装在测量机构上的传感器测得广义坐标参量,经运动学建模即可得到运动平台的位姿。当测量机构位姿正解求解速度满足实时控制要求时,利用该反馈信息对机床进行实时精度补偿和控制。基于上述思想建立的并联机床位姿测量系统可部分排除机床切削力变形和运动副间隙等误差,从而提高机床的位姿测量精度。以一种五坐标并联机床为例,介绍采用附加测量机构直接测量运动平台位姿精度的建模方法。其中,测量机构的综合十分重要。测量机构的组成决定了运动学模型的复杂程度,即决定了运动学模型的计算效率。     

助行训练机器人骨盆位姿机构动力学分析

为了辅助偏瘫病人完成行走训练,提出了一种助行训练机器人骨盆位姿控制机构,根据该机构的原理和组成,利用凯恩方法建立了骨盆平面机构的动力学方程,并根据骨盆位姿的运动规律进行了运动学仿真计算,得到了机构运动杆件的位移、速度和加速度曲线。通过解算动力学方程得到了驱动力曲线。计算结果表明:该骨盆位姿控制机构能够实现人体骨盆的位姿控制,通过控制x、z方向的移动机构和骨盆平面机构两个杆的伸缩,可以实现人行走训练时骨盆四个自由度的运动。     

集成式6自由度微动并联机器人系统

基于机构、驱动、检测一体化的思想,研制出了压电陶瓷驱动的6自由度集成式并联微动机器人,对该机器人的机构、驱动、检测、控制及误差补偿方法进行了研究.采用6自由度(6-SPS)并联结构设计了微动并联机器人的构型,对结构参数进行了优化,并进行了运动空间分析和刚度分析.基于模块化设计思想将压电陶瓷驱动电源、微位移传感器检测电路、中央控制器组合在一起,通过自定义的内部总线相连构成了并联机器人的驱动和控制系统.最后,给出了该机器人位姿测量方法,并分别在压电陶瓷的开环与闭环控制状态下进行位姿测量,进而实现误差补偿.实验结果表明:该并联微动机器人可实现10 nm平动重复定位精度;0.0001°转动重复定位精度;具有定位精度和可靠性高,使用灵活方便的特点,满足多自由度精密定位的要求.     

法兰自动对接空间位姿综合误差建模技术研究

以某火箭发动机尾喷口与燃烧室法兰端口自动对接为例,设计TTTRRR六自由度对接机构,结合海克斯康Leicaprobe自动激光跟踪仪获取位姿信息,并求解位姿调整参量。分析六自由度对接机构的X/Y/Z三个平动导轨,A/B/C三个转动轴的制造误差、安装误差、运动误差等共计42项误差,并分别对每个运动单元进行误差运动学分析,通过齐次坐标变换技术对尾喷口法兰位姿建立空间位姿实际与理想空间位姿变换模型,推导空间位姿综合误差模型及尾喷口位姿误差,并通过算例仿真验证方法。     

望远镜面型误差实时测量与补偿研究

为实现大型射电望远镜反射面面型误差实时测量与解耦补偿，满足大口径、高频率射电望远镜对高精度反射面的需求，对望远镜面型误差实时测量与补偿进行了研究。设计了一种基于6SPS型并联机构的面板相对位姿传感器，通过建立数学模型对测量原理进行分析。针对现有主动面调整装置引起的面板误差耦合问题，提出一种6PSS构型调整装置，对安装方式、调整原理进行分析，并建立运动学模型。将面板相对位姿传感器与主动面调整装置相结合，组成反射面精度实时测量与误差解耦补偿系统，建立系统数学模型，通过数值算例验证可行性。     

接触式螺纹测量仪的六自由度位姿误差的测量与补偿

为了提高接触式螺纹测量仪的测量精度,通过深入的误差分析,提出了针对高精度接触式螺纹测量仪的六自由度位姿误差的一种新的误差测量和补偿的方法。设计了一套适用于螺纹测量仪的标准规,用于综合测量探针相对于螺纹专用夹具的六自由度位姿误差。利用参数已知的精密标准规代替参数未知的被测螺纹进行扫描测量,建立螺纹测量仪的误差综合测量方程组,并代入受六自由度位姿误差影响的扫描数据,解方程组反求出探针运动空间的六自由度位姿误差,然后,在不更换探针和专用夹具的情况下,对被测螺纹进行扫描测量,建立螺纹测量仪的误差补偿方程组,并将综合误差测量所得的相关误差参数带入方程组,求解出被测螺纹的理想轮廓信息,完成高精度接触式螺纹测量仪的综合误差补偿。     

多梳栉经编机成圈运动及其机构分析与设计

在吸收、掌握国外经编机机构设计精髓的基础上,对多梳栉经编机的成圈运动及其机构实现进行了深入研究。首先,介绍了成圈机构、成圈过程及其工作原理,设计出具有停歇功能的斯蒂芬森六杆传动机构,并通过共享一个不同相位角的三拐曲轴,将三个六杆传动机构与3-DOF平面八杆成圈子机构串接,设计出单主轴驱动的3-DOF平面22杆经编成圈主机构,并进行机构运动学分析;然后,根据梳栉上导纱针的排布以及成圈工艺,规划成圈运动轨迹的关键特征点,并用最小二乘法拟合出各运动轨迹的多项式函数;最后,对3-DOF平面22杆经编成圈主机构进行整体建模分析,并运用遗传算法对其进行了基于成圈运动轨迹逼近的机构参数优化设计。     

CCD分段测量的光学位移测量系统

为了高精度地实现大量程的位移测量,采用传统激光三角法的测量原理,提出一种基于虚拟探测器的激光三角法来测量位移。该方法基于3个CCD分段测量的思想,将3个CCD互相独立且沿光轴均匀分布,以此扩大传统方法测量的范围。使用平面反射镜作为虚拟探测器进行探测,当成像光束经平面镜反射后在CCD上成像时,系统相当于增加了一个CCD,扩展了测量量程。由准直系统、偏振片、光阑组成准直滤光系统,缩小探测器光敏面上像点的直径,减小被测表面非理想光点对测量精度的影响,从而实现了较高精度下的大位移测量。最后通过实验验证了方法的可行性。     

Hydraulic characteristics and flow measurement performance analysis of portable fish-shaped flumes in U-shaped channels

Achieving accurate flow measurement in small channels is important to improve water use efficiency and reduce agricultural water waste. Commonly used fixed flumes have the disadvantages of high construction cost and easily causing local deposition in channels resulting in large measurement errors. There are no such disadvantages fixed type flumes in portable measuring flumes. However, portable flume types are less commonly used, and have not been widely applied. In this study, a streamlined portable fish-shaped cylinder (the plane figure is fish-shaped) was designed for flow measurement based on bionics and critical flow measurement principles. Prototype and numerical simulation experiments were conducted to study the hydraulic characteristics of the fish-shaped flume in U-shaped channels, which were under conditions of different discharges, slopes and contraction ratios. The hydraulic characteristics and flow measurement performance of the portable fish-shaped flume in the U-shaped channels were analyzed. The results showed that the numerical simulation results based on the RNG k-ε three-dimensional turbulence model were in good agreement with the prototype experiment. This study demonstrates that the proposed portable fish-shaped flumes can be used for flow measurement in small channels with the advantages of high measurement accuracy, high portability, small head loss, small upstream turbulence, and high submergence degree.     

一种光学点温测温仪系统设计

针对红外测温仪测温准确性不高,易受环境、距离、辐射率等影响的问题,设计了一种新型的光学点温测温仪,该测温仪以光学和热学理论为基础,结合应用点像望远镜原理,利用自聚焦透镜替代二次透镜,通过光纤在像面接收光波并传输转换至电信号处理单元,真正实现了点温测量,最后,提出了系统软硬件设计的原理和方法.经过精确的标定和调试,其结果...     

调制度测量中一种新的相移误差分析方法

通过相移技术获取调制度值的调制度三维测量法,不可避免地存在相移误差,从而降低测量精度。简述了调制度测量原理,分析了相移误差对调制度的影响,提出利用图像灰度值进行相移误差分析并进行误差补偿,以提高测量精度。实验以一平面石膏为测量对象,根据测量结果,验证了该方法的正确性和有效性,对采用相移技术的三维测量法具有重要的意义。     

空间遥感相机调焦机构设计

空间遥感相机所处的环境条件非常复杂,由于环境条件的改变,相机的焦平面将产生不同程度的偏移,为保证相机的成像质量,需将变化的焦平面加以校正,因此设计一套借助精密滚珠导轨、凸轮导向机构实现调焦的调整机构。本文从保证空间遥感相机成像质量的角度出发,介绍了调焦机构的方案选取原则,阐述了调焦机构的工作原理、组成及调焦机构的运动转化原理,给出了提高调焦机构安全可靠性所采取的措施,并对该调焦机构在调焦范围内的调焦精度进行了初步分析。     

平面度坐标测量的不确定度计算

目前的坐标测量只是给出平面度最小二乘检验的结果,并没有给出检验结果的不确定度.根据平面度最小二乘检验的基本原理和ISO/TS 14253-2给出的不确定度传递公式,提出了一种平面度坐标测量的不确定度的计算方法.该方法的特点是将平面方程的系数看作一个随机向量,通过计算该随机向量的均值和协方差矩阵来确定平面方程和平面度的检验结果及其不确定度.这不仅保证了平面度检验结果的完整性,而且符合新一代产品几何规范(GPS)标准的要求,从而可以提高工件检验的准确性.实验结果表明,根据平面度最小二乘检验的结果及其不确定度,可以根据ISO 14253-1给出的判定原则定量地判定平面是否合格.     

Efficiency of grid representation and its algorithms for areal 3D scan data

This paper describes the efficiency of a grid representation for an areal 3D scan data and the algorithms for managing measurement data captured by areal 3D scanners. Due to the measurement principles of areal 3D scanners, a measurement point is generated for each pixel of the imaging sensor inside the 3D scanner. Therefore, when the measurement points are perspectively projected on the image plane of the imaging sensor, each point has one-to-one correspondence to the imaging elements of the sensor that has a regular grid structure. By using this property, measurement points are represented by their depth values in a grid representation model. Compared to the conventional representation model, such as triangular mesh and cloud of points, the grid representation uses less memory and allows efficient algorithms for processing the measurement data captured by areal 3D scanners. This paper was recommended for publication in revised form by Associate Editor Soon Hung Han Minho Chang is a Professor at the department of mechanical engineering at Korea University in Seoul Korea. He received a PhD degree in Mechanical Engineering from MIT in 1996. He worked for Korea Institute of Science and Technology. His research interests include mechanical design, three-dimensional measurement, and CAD. Yun Chan Chung is a Professor in the department of die and mold engineering at Seoul National University of Technology, Korea. He worked for Cubictek and DaimlerChrysler, developing CAD/CAM systems mainly in die and mold making. He received PhD in Industrial Engineering from KAIST in 1996. His research interests include digital manufacturing, tool-path generation and verification, and software engineering.     

光学三角法全视场自扫描测头的设计与研究

本文基于光学三角法测量原理,设计了一种通过改变光平面与成像光轴夹角来实现对视场内被测零件表面扫描的视觉测头。通过紧凑的旋转镜片反射机构驱动光平面在物空间做扫描运动,将全视场自动扫描功能封装在在线结构光视觉测头内部,使扫描成为线结构光视觉测头的一项内置功能。光定位精度实验以及尺寸测量的重复性精度实验均表面这种设计方法的可行性。这种自扫描测头对中、小尺寸零件三维尺寸的快速检测有重大的实用价值。     

折叠翼展开机构测试装置设计与试验验证

基于折叠翼展开机构的工作原理和功能需求,确定了折叠翼展开机构性能参数测试方法,完成了其测试装置的设计及原理样机研制。应用所研制的折叠翼展开机构测试装置进行折叠翼展开性能试验,获得其各项性能指标,并通过不同转矩下折叠翼展开机构测试装置试验,分析其性能参数变化规律。结果表明：弹翼能迅速展开到位,锁紧销与过位挡块能实现翼面准确定位、可靠锁定,且展开过程中各部件之间相互无干涉,满足设计要求。