Delta并联机械手几何误差建模及灵敏度分析

以一类含平行四边形支链的Delta并联机械手为对象,利用空间矢量链分析方法,构造出机构末端位置和姿态误差与几何误差之间的映射关系,明确揭示出影响机构末端不可补偿误差的几何误差源,并借助灵敏度分析定量揭示几何误差对末端位姿误差的影响.研究成果对指导同类装备的设计与制造具有普遍的意义.     

新型2UPR/UPS/UP机构的误差模型与几何误差灵敏度仿真

研究推导2UPR/UPS/UP+AC摆混联机构的解析反解,并以2UPR/UPS/UP为研究对象,系统阐述单关节误差模型和支链误差模型,并给出相关的几何误差源;建立被动误差、动平台位姿误差与各支链运动副误差源之间的误差映射模型,并基于机构误差模型进行各运动副误差源的误差灵敏度仿真分析.研究成果可为基于2UPR/UPS/UP并联机构的五自由度混联机器人工程设计提供运动副误差分配及精度设计的理论支撑,同时为其他混并联机构的误差建模和灵敏度分析提供借鉴.     

新型数控刻楦机的误差分析和精度综合

为了提高数控刻楦机加工精度，提出了数控刻楦机加工精度分析与精度综合的新方法.根据数控刻楦机系统特定的树状拓扑结构,利用多刚体系统理论建立了系统空间误差计算模型,通过讨论整个工作空间误差分布规律,找到系统最大误差位置.并对系统最大误差位置进行误差参数灵敏度分析.用蒙特卡洛法进行精度综合.结合误差灵敏度分析,对主要部件的精度进行分配.结果表明,新方法所得到的精度分配方案对最大体积误差小于0.05 mm的概率平均值从原方案的0.6592提高到0.7021.结果表明,该方法可以实现复杂多分支运动链系统的误差分析和精度综合,提高系统加工精度.     

3-RPS对称并联式机械腿误差模型及分析

针对以2R1T对称并联机构中3-RPS并联机构为核心的机械腿,基于矩阵全微分理论,建立了机构位姿误差模型.通过数值仿真得知,相对机构误差对动平台X与y向的影响,其对Z向的影响更大,将产生较大误差,达到0.308 mm;对应的Rodrigues参数中Φ2误差相对于Φ1变化较大,达到7.1×10-5,参数Φ3保持为零.一些结构误差由于使末端位姿发生明显变化,在制造与装配工艺性方面应相应加强;在驱动杆件误差发生变化时,末端位置Z轴参数变化较大,在0.5mm范围内变化,末端姿态参数Φ2的误差分量约是相应Φ1变化值的2倍;各项误差导致的动平台位置误差呈非线性趋势变化,但变化较小,可近似为线性变化,可用软件方法进行补偿.     

晶圆传输机器人标定技术研究

为了提高高速高精度晶圆传输机器人的定位精度,建立了精度分析和运动学标定为一体的精度保障体系.针对机器人的特点,建立了误差模型,分析了各结构几何参数误差源的灵敏度,提出了结合几何误差迭代法和基于运动学逆解的非线性参数辨识的分步标定方法,对其进行了标定,并对几何结构参数进行了误差补偿.仿真分析以及实验证明:机器人定位误差达到0.07mm,有效地提高了机器人末端的定位精度.     

大型龙门铺丝机综合误差建模及补偿

为了提高大型龙门自动铺丝(AFP)机的精度,提出重力变形与几何误差综合建模与补偿方法. 采用有限元法对龙门铺丝机进行静力学分析,通过工作空间网格化方法建立重力变形模型;基于齐次变换矩阵与切比雪夫多项式建立几何误差模型,结合剔除重力变形的测量数据与Powell算法实现对几何误差参数的辨识;综合重力变形模型和几何误差模型,提出基于综合误差补偿的G代码修正策略. 在龙门铺丝机上开展综合误差补偿对比实验,结果表明,补偿前龙门铺丝机误差较大,不能完全满足铺放精度需求,而经过补偿后位置误差和姿态误差均大幅度降低,其中姿态误差减小80%以上,而位置误差减小90%以上,满足铺放精度需求,证明了所提出的综合误差建模和补偿方法的有效性.     

含间隙铰可展太阳翼末端重复展开精度分析

为提高太阳帆板重复展开定位精度,研制了太阳帆板重复可展机构. 可展机构采用绳系内错式传动原理实现二级帆板的同步重复展开功能,采用水平和铅垂两种布置方式适应太阳帆板的不同展开工况. 基于工程实际,引入铰链间隙以及帆板柔性两因素,建立可展太阳帆板的动力学模型,并进行仿真及数值分析. 分析结果表明:太阳帆板末端位姿精度随铰链间隙的增大而降低,而柔性则直接导致太阳翼展开时产生误差,但二者耦合作用时,能够补偿间隙对帆板重复展开末端位姿精度的影响. 利用研制的可展机构样机对太阳翼展开性能、重复展开定位精度进行实验测试,实验结果验证了合理设计铰链关节间隙,利用帆板柔性与铰链间隙的耦合作用可补偿帆板重复展开末端位姿误差;在许可误差范围内,合理地匹配两因素,可使铰链间隙值具有较大的可取范围,对提高机构的定位精度有益.     

弧面分度凸轮机构的运动可靠性灵敏度分析

为分析制造、安装误差对弧面凸轮机构运动精度的影响,运用机构运动可靠性灵敏度分析方法对其进行研究。基于空间啮合理论建立含加工误差的弧面凸轮廓面数学模型,并以此导出弧面凸轮机构的运动误差函数;以该误差函数为基础,建立该凸轮机构的运动可靠性分析模型;推导出各项随机误差的标准差对机构运动可靠性的灵敏度解析表达。实例分析表明,凸轮与从动盘之间的轴交角误差是影响弧面分度凸轮机构运动精度的主要因素,其次是弧面凸轮廓面误差。     

利用差动原理和采样补偿提高工作台精度

针对精密定位工作台目前存在的高精度、大行程和低成本难以协调的问题,提出一种差动式结构的工作台,利用动态采样的方法对开环误差进行标定,建立误差模型,通过控制上下叠加的两个工作台差动对系统误差进行动态补偿.研究表明:利用差动原理对误差动态补偿的方法有效提高了工作台精度和系统灵敏度,为微位移机构的设计提供了新的思路和方法.     

对接机构运动模拟器的精度分析

为了探讨对接机构运动模拟器的机构原始误差和对接过程误差引起的位姿偏差,根据对接机构运动模拟器的结构求出运动学方程,依据矩阵全微分理论,建立了机构原始误差与对接机构运动模拟器的位姿误差模型.利用蒙特卡洛方法模拟具有任意概率分布的机构原始误差,抽样计算对接机构运动模拟器的位姿误差,然后对对接机构运动模拟器的位姿精度进行了分析,给出了在其可达工作空间内的概率等高线、概率密度函数和统计数字特征.这些分析结果为对接机构运动模拟器的精度设计、标定和误差补偿提供了方向性的指导.     

棱镜耦合法的理论改进与实验设计

为了能更精确地测量薄膜厚度及其折射率,介绍了一般棱镜耦合法的测量理论和实验方法,分析了一般的棱镜耦合法测量模型本身存在的理论误差.从测量理论上对棱镜耦合法进行了改进,提出了精确测量模型,减小了上述理论误差,同时给出了薄膜参数的简便计算方法,从理论上分析了薄膜参数计算方法的误差.用传输矩阵的方法进行了模拟论证,设计了实验装置,测量了在玻璃基底上甩胶法得到的Su 8薄膜,测量结果表明,改进的精确测量模型减小了测量误差,提高了测量精度.     

航迹仪误差分析和控制

详细分析了船用综合导航系统的重要配套设备－－航迹仪的误差产生原因和数学描述方法,采用误差理论的有关方法进行研究,并根据误差性质计算出了该设备的精度值,由误差产生的原因和量值对误差进行控制,并结合工程实际对传动结构、软件、人机界面、标绘精度和绘笔速度等方面进行了设计改进,控制了误差的产生,降低了误差的幅值,提高了设备整体的定位精度。     

五轴机床旋转轴几何误差分析与补偿

五轴机床旋转轴之间装配所导致的位置无关几何误差（PIGEs—Position independent geometric error）是决定机床精度的关键因素,如何量化PIGEs对位姿精度的影响程度以及误差项之间的耦合作用强弱,从而合理地确定补偿值的权重系数是目前机床误差补偿技术所关注的热点问题。为降低五轴机床装配导致的PIGEs对机床精度的影响,首先,基于多体系统理论及齐次坐标变换方法建立了混合式五轴机床几何误差综合模型,表征了空间误差向量与几何误差项之间的映射关系。其次,考虑几何误差的分布特性,引入Morris全局灵敏度分析方法量化几何误差的作用效果及误差参数间的耦合强弱,通过灰色关联度分析表征误差的敏感性系数与位置向量、姿态向量间的关联程度,基于分析结果确定位置无关几何误差补偿值的权重系数。最后,以摆头-转台为特征的混合式五轴机床为例,进行基于球杆仪(DBB-Double ball bar)的几何误差测量辨识实验,利用辨识值进行虚拟圆锥台轨迹测量、误差补偿和复杂曲面零件加工实验。结果显示：十项几何误差对姿态误差的直接作用效果最为明显,利用基于敏感性分析的修正补偿值进行误差补偿后,虚拟圆锥台测量轨迹的半径偏差减小了65.1%,圆度误差降低了58.8%。基于误差分析实施误差补偿后,“S”型工件的轮廓精度平均提升了49.9%,误差补偿结果验证了误差分析结果的准确性和有效性。     

基于蒙特卡洛模拟的机床关键几何误差溯源方法

为了溯源对加工误差影响最大的机床几何误差,提出了一种基于蒙特卡洛模拟的灵敏度分析方法.运用多体系统理论建立五坐标龙门加工中心加工误差生成模型,并建立了S形样件的直纹面数学模型.推导刀具轨迹到切削点的映射关系,建立了切削曲面模型.根据蒙特卡洛模拟采样机理,对机床加工误差模型进行全局灵敏度分析,获得影响机床加工误差的关键几何误差参数.按照灵敏度分析结果排序,获得影响z向加工误差最大的5项几何误差参数为δ_z(x)、δ_z(y)、δ_z(z)、δ_z(c)、δ_z(b).实验结果表明:5项关键误差参数共同作用对分析区域平均z向加工误差的影响度达88.2%,5项误差参数对机床z向加工误差影响最大,可以为提高五坐标机床的加工精度和设计精度提供指导.     

Error modeling,sensitivity analysis and assembly process of a class of 3-DOF parallel kinematic machines with parallelogram struts

This paper presents an error modeling methodology that enables the tolerance design, assembly and kinematic calibration of a class of 3-DOF parallel kinematic machines with parallelogram struts to be integrated into a unified framework. The error mapping function is formulated to identify the source errors affecting the uncompensable pose error. The sensitivity analysis in the sense of statistics is also carried out to investigate the influences of source errors on the pose accuracy. An assembly process that can effectively minimize the uncompensable pose error is proposed as one of the results of this investigation.     

面向微观交通仿真实验的模型参数敏感性分析方法

为提升微观交通仿真模型标定工作的科学性,对当前微观交通仿真模型标定流程进行梳理,指出微观交通仿真模型标定工作中的敏感性方法应用及定位存在误区。基于微观仿真实验特性及方差分析理论,研究重新构建面向微观交通仿真实验的敏感性分析方法,并界定敏感性分析在仿真模型标定流程中的作用为科学选取校核指标。针对常见信号交叉口进行模型参数敏感性分析,发现选用延误指标作为信号交叉口微观仿真模型标定校核指标才能使得仿真模型标定结果最为有效。     

嫩江流域径流的大气环流影响及其敏感性分析

以敏感性分析为理论基础,定义了径流过程(因变量)依大气环流因子(自变量)的敏感度,并采用BP算法来识别大气环流因子对径流过程的耦合作用,从而完成因变量与自变量之间映射关系的识别。结合嫩江流域20世纪50年代以来的历史资料,计算出径流依大气环流因子的敏感度,最终评价出影响嫩江流域径流过程的关键性大气环流因子为极涡面积和强度指数、中纬度环流指数和青藏高原环流指数等3大类,该评价结果符合嫩江流域的水文气象规律。     

绝缘介质损耗在线测量系统的设计

针对目前电力系统中因绝缘材料造成的电气设备故障检修机制的不足,本文作者在分析介质损耗测量原理的基础之上,提出了基于单片机的绝缘介质损耗在线测量系统,设计中采用LMS类自适应滤波算法.经证明,该方法大大减小了误差,测量精度比传统方法有了很大的提高,同时整个测试系统的稳定性和可靠性也得以提高,调试也更加简单.