Determination of the workspace of a new coordinate-measuring machine using parallel-link mechanism

Presents the detailed algorithm established for determination of workspace for a 3-DOF coordinate measuring machine using parallel link mechanism by constructing the inverse kinematic model first and then reviewing the physical and kinematical constraints from the structural characteristics of the parallel link mechanism, and discusses the actual geometries of workspace and the factors having effect on workspace through computer simulation thereby providing necessary theoretical basis for the research and development of coordinate measuring machines using parallel link mechanism.

并联坐标测量机研究进展

并联机构具有刚度大、承载力强、动力性能好、支链间误差平均效应等优势,在机器人、机床、微动器件等领域得到了广泛应用。然而,传统直角式坐标测量机和关节式坐标测量机采用串联结构,存在误差累积的固有缺陷。鉴于并联机构具有的互补优势,近二十年来并联坐标测量机得到了快速的发展。结合国内外技术现状和团队的研究成果,对并联坐标测量机机构学、运动学、动力学、机构性能和控制策略等方面进行了系统的回顾和分析,总结了目前并联坐标测量机研究中存在的主要问题,提出了进一步的解决方法与思路,并展望了未来的发展趋势。

坐标测量机的新发展——并联运动机构坐标测量机

从空间机构学的角度出发 ,可将坐标测量机分为串联机构坐标测量机和并联机坐标测量机两大类。由于并联机构坐标测量机测量精度高 ,测头位姿灵活 ,同时又具有“硬件”简单 ,“软件”复杂的特点 ,因而 ,正在成为坐标测量机领域研究的新热点。文章首先分析了普通笛卡尔串联机构坐标测量机的发展现状及存在问题 ,然后介绍了并联机构坐标测量机的结构及特点 ,并对国内外有关并联运动机构理论及其在坐标测量机领域的研究现状与发展趋势进行了综述 ,最后 ,对并联机构坐标测量机研究过程中应注意的主要问题进行了探讨。

一种并联机床运动平台位姿测量方法

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。

4-UPS-UPU并联坐标测量机的灵巧度研究

为了完成新型五自由度4-虎克铰-移动副-球铰/虎克铰-移动副-虎克铰并联式坐标测量机机构的灵敏度分析,建立了该测量机机构的雅克比矩阵,并推导出了其无量纲雅克比矩阵,得到了该机构7个不同的灵巧度指标。在此基础上,定义了评价不同位形下灵巧度的综合灵巧度系数指标,并分别研究了不同灵巧度评价指标在工作空间内的分布规律。以上研究为该测量机机构的优化尺度综合和轨迹规划奠定了理论基础。

新型虚拟轴三维坐标测量机构3-RRC的运动分析

简要介绍了坐标测量机的发展动态及新型虚拟轴三维坐标测量机构 3 -RRC的测量原理 ,并用运动影响系数法对其进行了运动分析 ,为测量机的运动性能评价提供了理论依据。借助于 ADAMS软件进行动态仿真 ,检验了理论推导的正确性 。

平行双关节坐标测量机的标定及不确定度评价

借鉴国外ScanMax测量机所具有的优势,研发了RRP结构(即两个转动和一个直线运动)的平行双关节坐标测量机,并研究了该仪器的误差模型、标定方法和不确定度评定方法。首先,根据平行双关节坐标测量机的机械结构建立了仪器的数学模型和误差模型。然后,基于全误差分析技术设计了仪器的标定方案并分别介绍了对重力和扭矩变形、平行度、臂长、零位等参数的标定。最后,根据国家坐标测量机校准规范,提出了通过评价测量重复性和长度测量精度的方法来评定测量不确定度。实验结果表明:在1 000mm×250mm(直径×高度)的测量范围内,平行双关节坐标测量机的测量不确定度可达到12μm(k=2)。得到的结果验证了平行双关节坐标测量技术及全误差分析技术的可行性,为非正交坐标测量机的标定探索了新的方法。

平行双关节坐标测量机圆光栅测角误差补偿技术

该文探讨了一种三自由度(DOF)平行双关节坐标测量机的测量原理和测量模型。分析了该测量机上的圆光栅测角误差对测量机测量精度的影响,给出了测角误差的补偿公式,利用该公式优化了测量机的测量模型。采用标准多面棱体和光电自准直仪对2个圆光栅的测角误差进行实验检定,并对测角误差修正前后的平行双关节坐标测量机测量精度进行了实验比对。结果表明,测量的极限偏差由0.033 mm降至0.015 mm,而标准差由0.0141 mm降为0.0061 mm,说明修正2个圆光栅的测角误差可大幅提高该测量机的测量精度。

新型4-UPS-UPU并联坐标测量机刚柔耦合动力学性态

介绍了一种新型4-UPS-UPU五自由度并联坐标测量机机构,该测量机机构定平台通过4个结构完全相同的驱动分支UPS(虎克铰-移动副-球副)以及另一个驱动分支UPU(虎克铰-移动副-虎克铰)与动平台相连接。协同利用CAD、CAE和可视化虚拟样机技术,完成对4-UPS-UPU并联坐标测量机的刚柔耦合动力学性态研究。在SolidWorks中建立该测量机三维实体模型,在ANSYS中对测量机实体模型中的驱动杆件进行柔性化处理,最终在ADAMS中建立了测量机刚柔耦合虚拟样机。对该测量机运动输出响应、驱动杆动应力和固有频率等动力学性态进行了仿真分析。仿真结果表明:驱动杆件的弹性变形对测量机的动力学性能具有重要影响,该刚柔耦合虚拟样机能正确地反映测量机的动力学性态。

新型并联机器人坐标测量机仿真建模的实现

为了验证新型5自由度并联机器人坐标测量机的设计方案和理论模型,缩短开发周期,降低开发费用,提高一次性设计成功率,将虚拟样机技术应用于该并联机器人坐标测量机的设计开发过程。利用SolidWorks软件建立该型并联坐标测量机的虚拟样机模型,应用OLE接口技术实现了该型并联坐标测量机的运动仿真和测量仿真,采用ADAMS软件实现了该型并联坐标测量机的动力学分析和仿真,并给出了仿真建模过程中关键问题的解决方案。计算机仿真结果证实了理论模型的正确性,验证了设计的合理性和可靠性。为此新型并联机器人坐标测量机的结构设计和数控系统设计提供了主要参数和理论依据,为并联坐标测量机的工程设计提供了一套有效的分析方法。

回转曲面上特定区域面积的图像检测方法

利用透视投影与平行投影的概念,对由于曲面引起的各点物距不同造成的图像变形进行了校正,说明了曲面展开的计算方法,讨论了图像拼接的相关问题。在此基础上,将坐标测量和图像检测技术相结合,通过区域分割拼接的方法提高回转表面上特定区域面积检测的精确度。结果表明,利用本文的方法可以高效地自动检测回转表面上特定区域的面积。

基于粒子群算法的6-DOF并联坐标测量机的测量建模

依据并联机构的位置反解模型,给出了求解6-DOF并联坐标测量机位置正解的无约束优化模型,并应用粒子群算法(PSO)对该优化问题进行了求解,由此可将复杂的并联坐标测量机测量建模问题转换为优化问题,从而求得位置正解。仿真结果表明:80个粒子大约经过55次的迭代运算后,收敛精度可达到0.5μm,平均运行时间约为3 s。粒子群算法应用于并联坐标测量机测量建模与求解,可获得较高的计算速度和计算精度。

新型并联机器人坐标测量机误差建模与仿真

介绍了一种新型五自由度并联机器人坐标测量机机构,该测量机机构具有五个驱动分支和一个约束分支,可以实现三维移动和二维转动。为了给该坐标测量机实际误差的补偿和控制奠定理论基础,提高测量精度,改善测量性能,根据其位置反解数学模型,导出了测头位姿误差与各运动副位置误差、调节器运动误差及测头长度误差之间的相互关系,建立了该测量机的误差模型,并通过计算机仿真对误差模型的正确性进行了验证。

高速空间并联式坐标测量机动力学优化设计"

为了改善高速空间并联式坐标测量机的动力学性能,将虚拟样机技术应用于该测量机的弹性动力学优化设计中。协同利用CAD、CAE和可视化虚拟样机技术,建立高速空间并联式坐标测量机的刚柔耦合虚拟样机,分别考察动平台质量与驱动杆轴径的变化对测量机运动输出误差及驱动杆最大动应力等动力学行为的影响规律,并据此对这些参数进行优化设计,得到测量机动平台质量为80.85 kg,驱动杆轴径为44 mm。仿真结果表明,经过优化设计,测量机驱动杆最大动应力降为17.5 MPa,运动输出误差也明显小于优化设计前,测量机的动力学特性得到明显改善。

检测规划的分布式并行协同求解模型的研究

采用STRIPS规划系统语法格式和图论知识．论述了基于分布式并行处理智能检测规划集成开发平台DINSPECT中的分布式并行协同求解模型，包括基于知识的通用全测规划领域模型的建立、基于坐标测量机的抽象分层规划和相应的任务分解算法，以及协同求解环境下任务传递的方式等。

3-PSS并联机构正解及其在坐标测量机中的应用

针对传统坐标测量机和关节臂测量机存在的技术局限,基于3-PSS并联机构原理,提出了只需一只长光栅、一条精密导轨即可实现三维空间精密测量的坐标测量机,并研究了测量系统的测量模型、测量误差模型及并联机构误差平均效应。根据并联机构基本理论建立了测量机的六杆测量模型,在此基础上进行了杆长制造、装配误差和光栅读数误差的理论分析。然后,从理论上展示和说明了并联机构存在误差平均效应的数学本质和依据。最后,介绍了样机的设计及制造,并给出初步的实验结果。在没有进行误差修正和系统标定的前提下,该样机在X,Y,Z3个坐标方向上的测量误差分别为0.029mm,0.045mm和0.058mm。得到的结果可指导新样机的优化设计。

基于分布式协同求解技术的CMM检测路径神经网络优化

针对三坐标测量机，提出了一种基于分布式并行协同求解技术的检测路径神经网络优化方法，其目标是针对生成检测路径所涉及的多个不确定因素进行全局优化，获得无碰撞干涉的最短路径．为此运用了多智能主体协同求解、产生式规则推理和人工神经网络模拟退火算法等多学科综合技术，以满足复杂形状零件在线检测的需要．主要对该系统的组织结构。

圆筒型直线电机及其在机床上的应用

介绍了圆筒型直线电机的工作原理、结构与特点,讨论了圆筒型直线电机在冲压机、并联机床以及并联机构坐标测 量机等机床上的应用情况与进展。

平行双关节坐标测量机的结构参数标定

平行双关节坐标测量机(PDCMM)是一种3自由度、高精密、可现场测量的测量仪器.为了提高平行双关节坐标测量机的测量精度,采用粒子群优化(PSO)算法对其结构参数进行标定,避免了最小二乘法(LSM)在求逆和求偏导数时产生的计算误差.基于Denavit-Hartenberg(D-H)模型对平行双关节坐标测量机建立运动学模型和误差模型,以不同位置实际值和测量值之间的残余误差平方和作为PSO算法的目标函数,优化结构参数.实验结果表明,PSO算法具有标定精度高和收敛速度快的优点,可以有效提高平行双关节测量机的测量精度.

三自由度并联机构坐标测量机的样机研制

采用-平移两转动并联机构为主体结构,研制了一种三自由度解耦并联机构(P-R-R-P-R)-R⊕S-P-T坐标测量机。给出了并联测量机的一般设计步骤,对所选机型进行机械机构设计.对样机的研制进行了详细说明,总结了样机研制过程的经验和体会。