自驱动关节臂测量机多电机同步控制系统

为了解决自驱动关节臂坐标测量机的多电机同步转动问题,设计了一套多电机同步控制系统。该系统选用以TMS320F28335为核心的DSP处理器,依次设计了双CAN通信电路、功率逆变电路、电机驱动电路等驱动板接口电路;利用Simulink建立了六电机同步转动控制仿真模型,将电机控制模型转化为工程代码,对六电机设定不同的位置角度进行点到点位置同步实验,以及多电机轨迹跟踪实验。实验结果分析得到同步控制时间精度在10ms以内,验证了六电机的同步控制有效性,为提高测量机的运动平稳性和测量效率提供参考依据。

基于复合标定和极限学习机的关节臂式坐标测量机残差建模及补偿

运动学标定是提高关节臂式坐标测量机精度的主要方法,但运动学标定后的残余误差对其测量精度和稳定性仍有很大影响。本文提出一种基于复合标定和极限学习机的关节臂式坐标测量机残差建模及补偿方法,以提高关节臂式坐标测量机的测量精度。首先,在关节臂式坐标测量机运动学建模和误差建模的基础上,建立了运动学参数辨识模型,并依次进行角度参数辨识、长度参数辨识和长度参数等比例缩放的复合辨识,完成了七自由度关节臂式坐标测量机的运动学标定。其次,通过对标定后残余误差图谱的分析,发现残余误差与测量构型有关联,进而构建了以测量摆角、仰角、距离和转角为变量的测量构型。由于测量构型变量与残余误差存在强非线性关系,提出一种基于极限学习机的残余误差预测和补偿方法。通过实验对本文所提模型及方法的有效性进行验证,结果表明:进行残差修正后关节臂式坐标测量机的单点测量误差最大值由0.061 mm下降到0.044 mm,误差均值由0.023 mm下降到0.017 mm,误差标准差由0.011mm下降到0.007 mm;长度测量误差最大值由0.137 mm下降到0.074 mm,误差均值由0.033 mm下降到0.021 mm、误差标准差由0.037 mm下降到0.019 mm。

自驱动关节臂坐标测量机双关节模组结构设计与优化

由模块化单关节构成的六自由度自驱动关节臂坐标测量机存在运动学求逆解困难、制造与安装误差大等问题,难以满足测量机高精度、低误差的测量需求。通过分析自驱动关节臂坐标测量机的工作原理和技术要求,提出双关节的设计指标,设计了一种集俯仰和旋转于一体的新型双关节模组,关节采用电机驱动、减速器输出和制动器保护的传动方案,对模组内部关键零部件进行选型和设计,并在SolidWorks软件中对双关节模组进行结构组装。利用ANSYS Workbench软件对双关节模组进行结构静态变形与双轴垂直度分析,并对关节外壳、端盖等部件进行结构优化。结果表明,双关节模组最大静力变形为0.02208mm,结构柔性变形为0.011029mm,关节主轴间垂直度误差为7.2″,优化后的关节外壳和端盖体积分别减少了9%和12%,满足双关节刚度和精度的设计要求。

基于关节臂测量仪的大齿轮测量方法研究

目前大齿轮的测量方法依然存在着较大的提升空间,针对这一情况,提出一种基于关节臂测量仪的大齿轮测量方法。应用六自由度关节臂测量仪,对大齿轮齿廓面进行采点,收集点云数据。设计一种齿面测量辅助尺,确定关节臂测头的采样位置,并保证测头的采样方向一致。运用双三次NURBS插值方法,创建出实际齿面模型。通过得到的实际齿面齿廓,与两条理论齿廓间的法向距离求得齿廓偏差,运用分度圆处矢量法确定实际齿面齿距,与理论齿面齿距进行比较得到齿距偏差。最后,运用该方法对某大齿轮进行大齿轮测量,求得单个齿距偏差为21.5814μm,齿廓偏差为35.2006μm。结果表明该测量方法是可行的和有效的。

自驱动关节臂坐标测量机轨迹在线控制模型

为了提高自驱动关节臂坐标测量机的控制精度,需要研究其轨迹控制方法,提出基于特征融合的自驱动关节臂坐标测量机轨迹在线控制模型。利用机器人(Denavit Havtenbery,DH)法构建自驱动关节臂坐标测量机的DH模型,对坐标测量机的运动学展开分析,提取多个关节臂坐标测量机的轨迹特征,融合上述特征,获得测量机在工作状态下的轨迹变化情况,最后通过笛卡尔空间根据轨迹特征构建轨迹在线控制模型,完成自驱动关节臂坐标测量机的轨迹控制。实验结果表明,所提方法的关节角度跟踪精度高、轨迹控制误差小。

运用改进的教学-模拟退火算法辨识关节臂式三坐标测量机的结构参数

为了提高关节臂式三坐标测量机的精度,降低其运动不确定度,提出了一种改进的教学-模拟退火混合优化算法来辨识其结构参数并补偿其误差,从而提高其精度。分析了教学算法(teaching-learning-based optimization,TLBO)的优缺点并对其进行改进从而得到改进的教学算法;提出了一种收敛精度转换准则,将改进的教学算法(modified TLBO,mTLBO)和模拟退火算法(simulated annealing,SA)融合得到改进的教学-模拟退火算法(mTLBO-SA);基于此理论和单点重复率误差实验,分别用TLBO、SA和mTLBO-SA对关节臂式三坐标测量机的结构参数进行了辨识;分别用辨识前后的关节臂式三坐标测量机再次进行单点重复率误差实验,并比较相应的实验结果。实验结果表明,所提算法能有效且高效地辨识关节臂式三坐标测量机的结构参数,进而有效提高其定位精度,降低其运动不确定度。

基于关节臂测量机的群孔位置度检测研究

具有圆周均布群孔的零件在机床设备中应用十分广泛,其孔系位置度直接关系到机器整体的装配质量。针对其位置度检测快速准确的要求,采用关节臂式测量机进行检测。描述了关节臂式测量机的基本组成及测量原理,建立了关节臂的运动学模型,详细介绍了使用关节臂测量的测量流程及关键技术要点。根据检测结果,圆孔直径及位置度最大偏差为0.022 mm和0.046 mm,均满足测量标准,反映出关节臂式测量机应用于精密检测的技术优势。

基于关节臂测量机逆向建模功能的锥面厚度尺寸测量

常用外径千分尺测量锥面结构的零部件的锥面厚度,但该测量方法难以测量结构复杂或大尺寸锥形件的壁面厚度。提出了一种基于关节臂式测量机逆向建模功能的锥面厚度尺寸测量方法,利用关节臂式测量机的逆向建模功能,通过测量探头与锥形面接触位置相对于另一锥面的法向距离,实现大尺寸复杂结构锥形件的厚度尺寸测量。

ROMER七轴关节臂在球墨铸铁管壁厚检测中的应用

壁厚是球墨铸铁管关键技术指标之一,它不仅直接关系到球墨铸铁管本身的质量,而且对生产中铸造参数的调整也具有十分重要的意义。如何能够准确、全面的进行球墨铸铁管壁厚检测,一直都是行业内比较关注的课题。介绍了一种基于ROMER七轴关节臂球墨铸铁管壁厚检测的新方法,该方法不仅可以测量壁厚,而且还能很直观的看到壁厚沿圆周方向的分布情况,便于工艺人员及时调整铸造参数。同时,结合实例,简述了检测的具体步骤,并阐述了检测结果的应用。

关节臂式坐标测量机角度传感器偏心参数辨识

对关节臂式坐标测量机中圆光栅角度传感器分度盘安装存在的偏心误差进行修正,可以有效提高测量机的测量精度。为了实现坐标测量机动态、实时的现场标校,建立了一种六自由度关节臂式坐标测量机的坐标系统,分析了圆光栅分度盘的安装偏心对角度测量的影响,推导了由于偏心引起的测量误差及其修正公式。分析表明,较小的安装偏心便会引起较大的角度测量偏差。以测量机的单点重复测量精度为目标函数,提出了一种基于模拟退火算法的角度传感器偏心参数辨识方法,并将其用于测量机关节圆光栅12个偏心参数的辨识和修正,实验结果表明,修正之后测量机的重复测量精度提高了11.3%。

关节臂式坐标测量机数据采集系统的研制

研制了一种关节臂式坐标测量机多参数数据采集系统。在测量机的关节和臂身处分别设置由角度传感器、温度传感器、应变传感器以及单片机组成的智能传感器单元,各传感器单元由RS485总线进行连接,并通过RS485-USB接口与PC机进行通信。单片机完成各个传感器数据的采集并将数据上传到PC机;PC机程序由虚拟仪器开发平台LabVIEW完成,实现与单片机间的通信和数据处理,并通过动态链接库将坐标数据传送到标准三坐标测量软件POSCOM。实验表明,该测量系统能够很好地完成关节臂式坐标测量机的数据采集任务。

应用改进模拟退火算法实现关节臂式坐标测量机的参数辨识

结构参数误差是影响关节臂式坐标测量机精度的主要因素之一,精确辨识其结构参数可以有效地提高测量机的精度。本文基于Denavit-Hartenberg模型建立了六自由度关节臂式坐标测量机坐标变换方程,分析了基于锥孔的参数辨识原理,提出了一种改进的模拟退火算法用于测量机的结构参数辨识。该算法在接近最优解时将减小搜索范围以提高搜索效率和求解精度,并保留中间过程的最优解。以单点重复精度为目标函数,利用改进的模拟退火算法对研制的六自由度关节臂式坐标测量机的结构参数进行辨识。实验结果表明,经过参数辨识后,测量机的单点重复精度提高了7.87倍,长度测量精度提高了5.59倍。

关节臂式坐标测量机测量力误差分析及补偿

针对接触测量力对关节臂式坐标测量机(AACMM)测量精度的影响展开研究。对测量力引起的长度测量误差进行理论和实验分析,得到测头与被测件的局部变形、测杆的弯曲变形是影响关节臂式坐标测量机测头精度的主要因素。建立了关节臂式坐标测量机测头与被测件的局部变形、测杆的弯曲变形的数学模型,并对测量结果进行了测量力误差补偿。实验结果研究表明,测量力引起的误差对接触式关节臂式坐标测量机测量精度影响很大。通过本研究成果,可在很大程度上补偿测量力引起的误差:平均长度测量误差降低82%左右,最大误差降低约47μm,有效地提高了关节臂式坐标测量机的测量精度。

关节臂式柔性三坐标测量系统的数学模型及误差分析

关节臂式柔性三坐标测量系统是一种新颖的基于旋转关节和转动臂的三坐标测量系统,以角度测量基准取代了长度测量基准,它具有量程大、体积小、重量轻及使用灵活等优点．首先基于Denavit-Hartenberg方法建立了关节臂式柔性三坐标测量系统的理想数学模型和误差模型,并通过几何作图法对模型进行了验证.根据系统的特点和通过对系统中实际存在的影响测量结果的各种误差因素进行了详细分析,为进一步研究系统的误差补偿提供了理论基础．

关节臂式坐标测量机误差仿真系统建模与分析

为了提高六自由度关节臂式坐标测量机的测量精度,建立了相应的坐标系统及误差模型,并基于误差模型在Matlab软件中建立了误差仿真系统,根据误差仿真结果绘制了关节空间的误差分布图。仿真结果表明:当关节长度、杆长和测头长度的误差传递到测量结果上时,没有被放大或缩小,且不受测量机位姿的影响;而关节转角和关节扭转角误差传递到测量结果上时,被严重放大,放大效果受关节顺序和测量机位姿影响显著。最后根据分析结果对角度传感器和轴承的选择、零件的加工精度要求和测量位姿提出了建议。

便携式关节臂测量机和Geomagic Studio在曲面逆向工程中的应用

快速、准确和完整地获取曲面实体的点云数据以及对点云数据进行快速、准确的后处理得到CAD模型是逆向工程实施的关键。以叶片为例,研究利用便携式关节臂测量机配合Scanworks V5激光扫描测头对曲面进行点云数据采集,并利用Geomagic Studio软件对点云数据进行后处理得到高质量NURBS曲面模型的方法。实践证明,该方法可保证模型数据的完整性与精确性,从而生成高质量的模型,既符合实际生产制造的需要,又可缩短产品开发周期,降低产品成本,具有重要的实际工程意义。

形状记忆合金丝驱动的仿生转动关节臂

提出了动物关节臂的力学模型，讨论了形状记忆合金（ＳＭＡ）和动物骨骼肌生物力学行为的相似性和力学性能的差异．基于仿生学的原理，研究了用ＳＭＡ丝驱动仿生转动关节的技术．研制了能实现ＳＭＡ感知功能的控制电路和ＳＭＡ丝驱动的仿生转动关节驱动器，并用该关节驱动器开发了一个两自由度的微型关节臂，该微型关节臂可用于微型步行机器人和人工假肢．

关节臂激光扫描系统光条中心提取方法研究

在基于关节臂的线激光扫描系统中,光条中心的提取精度和所用时间直接影响到整个系统的测量精度和实时响应能力。本文在国内外现有算法基础上整合改进,利用迭代阈值法、改进Sobel算子和光条修补算法完成光条粗提取,取中心点附近10 pixels利用灰度重心法计算光条中心精确位置。实验证明,该算法在350 mm?350 mm测量范围内,系统测量误差优于40?m,一次提取时间28 ms,确保系统35 f/s扫描频率,满足实时在线测量要求。

关节臂坐标测量机圆光栅偏心误差建模及修正研究

在不增加关节臂坐标测量机硬件成本的基础上,为了提高测量精度,提出了包含圆光栅偏心误差的测量模型方案。分析了关节臂坐标测量机圆光栅偏心状况,通过圆光栅偏心误差实验对第1、2关节处圆光栅偏心误差模型参数进行了辨识,建立了包含前两关节圆光栅偏心误差的测量模型。使用自制的标准杆组件对两种测量模型进行了标定实验,并运用LM算法进行了参数标定。结果表明不包含圆光栅偏心误差测量模型的关节臂坐标测量机的测量误差为0.083 4 mm,而包含两关节圆光栅偏心误差的关节臂坐标测量机测量误差为0.065 0 mm。经过圆光栅偏心误差修正后,其测量精度提高了22%,同时也论证了圆光栅偏心误差是制约关节臂坐标测量机测量精度的影响因素之一。

自驱动关节臂坐标测量机模块化关节设计

传统的关节臂测量机工作时是依靠工作人员牵拉实现运动和测量,存在路径规划不佳、主观性误差大、测量效率低等问题很难适应智能制造对在线自动测量系统的新要求。本文提出了利用含有无刷电机、谐波减速器及精密轴系的模块化关节构成自驱动关节臂坐标测量机的构想,并对模块化关节进行了构型设计,建立了单关节扭矩估算模型,在此基础上选择了关节2的电机和谐波减速器,设计了关节模块的测控电路,研制了单关节部件样机并进行了重复性实验。其中单方向测量数据表明,为保证较小的测量重复性误差,关节在运动时应尽量避免速度或加速度突变的运动形式;双方向测量的数据表明,当控制电机运动速率小于1.53rad/s时,测头因回弹产生误触发信号的概率较小,此时最大误差数据为±2.11″。上述实验也验证了模块化关节设计方案的可行性,为后续自驱动关节臂坐标测量机整机研制提供了理论和实验依据。