基于工业机器人的三维扫描测量实验平台设计

为支撑新工科专业人才培养,设计一套三维扫描测量实验平台。平台硬件系统主要包括工业机器人、激光扫描仪和光学跟踪系统;在OpenCASCADE软件平台实现三维交互环境创建、待测零部件CAD模型导入;依据自由曲面曲率特征提取自由曲面测量点,用四元数方法计算机器人末端在各测量点的空间位姿;在仿真软件RobotStudio生成机器人扫描测量路径并进行碰撞检测,将扫描路径输出为机器人可执行文件加载到工业机器人,实现高效率、高精度扫描测量。平台可服务智能感知工程专业的“三维智能感知技术”课程,有助于学生深入理解光学精密测量、机器人建模等相关知识,提高学生解决复杂检测问题的实践能力和创新能力。

新型圆光栅测角误差补偿方法及其应用

在实际工业应用中,环境温度变化是便携关节式坐标测量机中旋转轴系测角精度的主要误差源。为了消除环境温度对旋转轴系测角精度的影响,本文提出了一种新型圆光栅测角误差补偿方法,即建立含有环境温度影响因子的圆光栅测角误差补偿模型。利用谐波方法建立在特定温度下的圆光栅测角误差补偿模型,利用多项式方法建立谐波系数与环境温度之间的函数关系。最后,以14℃下的实验数据为验证数据,分别代入到传统谐波误差补偿模型和本文提出的模型中。实验结果表明,相对于传统谐波误差补偿模型,使用本文提出的模型补偿后圆光栅的测角精度提高4倍左右,修正后的残差峰峰值在2″以内,能够有效地补偿10~40℃下圆光栅的测角误差。

关节臂式坐标测量机的运动学建模

关节臂式坐标测量机作为一种串联式结构的便携坐标测量仪器,其角度误差对其测量精度的影响呈放大效应。针对上述问题,在DH模型的基础上,提出了一种具有旋转轴倾斜误差运动补偿的关节臂式坐标测量机运动学建模方法,研究了旋转轴系误差运动分离方法并搭建相应的测试系统,建立了基于空间距离的结构参数误差标定模型并进行了实验。实验结果表明,相比于DH模型,采用具有旋转轴倾斜误差运动补偿的运动学模型,关节臂式坐标测量机的测量标准差由0.055 mm降低至0.037 mm。该模型能够有效提高关节臂式坐标测量机的测量精度。

阿贝原则在角度测量上的拓展应用研究

为了减少角度测量误差、提高含精密轴系的精密仪器的测量精度和精密机械的定位精度,回顾了古典阿贝原则及拓展理论,并将其推广到角度测量领域,定义了测角阿贝误差的概念,测角阿贝误差由阿贝角和阿贝臂共同作用产生。以关节类坐标测量机中精密轴系为例,使用光电自准直仪和平面镜对阿贝角进行测量,进而得到测角阿贝误差,实验结果表明测角阿贝误差是测角误差的重要组成部分,占25.5%,修正测角阿贝误差后,测角精度提高了12.8%,在此基础上,当配合使用多面棱体修正测角误差时,测角精度提高了93.2%。

基于改进差分进化算法的机器人运动学参数标定

机器人的定位精度是评价机器人性能的重要指标。为提高机器人的定位精度,提出了一种改进差分进化算法,完成了机器人运动学参数标定实验。该算法在选择操作中使用了Metropolis接受准则,搜索更多的空间区域,以获得更好的收敛性。同时提出了种群多样性评价函数来监测种群多样性,种群低于阈值时进行二次变异操作,以避免陷入局部优化。为了验证本文提出的方法,利用六自由度机器人和激光跟踪器进行了仿真和实验。经过运动学参数标定,机器人的平均距离精度由2.906 0 mm(校准前)提高到0.095 2 mm。实验结果证明了本文提出的基于改进差分进化算法的机器人运动学参数辨识方法的有效性。

微流控芯片上循环肿瘤细胞的检测技术进展

液体活检是近些年新兴的体外诊断技术,通过从肿瘤患者外周血中筛选出肿瘤细胞来检测和分析其上携带的各种生命信息,具有便捷、侵入性小、检测精度高等特点。循环肿瘤细胞(Circulating Tumor Cells,CTCs)作为液体活检的重要标志物之一,对于癌症的早期检测、疗效评估以及预后监测具有重要意义。但是血液中CTCs的含量非常少,通常每毫升血液中仅含有1~10个CTCs,还有数以百亿计的血细胞,所以CTCs的富集以及筛选是液体活检中的难题,对CTCs所携带的生命信息进行解析是关键。总结了经典的CTCs分离方法并重点概括了CTCs的检测技术。