基于正交位移测量系统的六自由度并联机构参数标定研究
发布时间：2021-07-03 06:01
高稳定性拼接镜支撑及其位姿调整机构是我国未来实现大口径天基光学系统的核心装备。利用六自由度并联机构对拼接镜进行位姿调整是实现光学共相的有效手段之一。六自由度并联机构在加工、装配过程中,不可避免地引入加工及装配误差,从而导致实际结构参数与理论结构参数存在一定偏差,使得运动学模型不准确。由于结构参数偏差的存在,六自由度并联机构按照指令进行运动时,实际位姿与模型理论位姿会存在一定偏差。采用迭代法可使拼接镜达到目标位姿,但效率低下,而通过参数标定对误差进行补偿,提升调整精度及效率,是一种经济而高效的手段。本文针对六自由度并联机构的参数标定展开系统的研究,对于提升拼接镜调整精度及效率,改善标定方法都具有重要意义,主要研究内容包括:首先依据并联机构闭环特性及全微分理论,推导了并联机构位姿误差与结构参数误差之间的关系,建立了六自由度并联机构的位姿误差模型。利用数值仿真定量分析了结构参数误差对绝对位姿的影响。基于并联机构绝对位姿误差模型,提出了相对位姿误差模型,利用数值仿真定量分析了结构参数误差对相对位姿的影响。总结出结构参数误差对位姿误差的影响规律,得到了影响并联机构位姿精度的主要因素。其次分析了目...
【文章来源】：中国科学院大学(中国科学院长春光学精密机械与物理研究所)吉林省
【文章页数】：179 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
六自由度并联机构简图
基于正交位移测量系统的六自由度并联机构参数标定研究12体的自由度F>0，它就可以成为一个机构，即表明各构件间可有相对运动；如果F=0，则它将是一个结构（structure），即已退化为一个构件。机构自由度又有平面机构自由度和空间机构自由度[60]。一个原动件只能提供一个独立参数。六自由度Stewart平台的自由度数可以由下式计算[18]：16(1)niiFnmf（2.1）式中，n为构件总数，m为运动副总数，if为各个运动副的自由度数。对于6UPS型六自由度并联机构，其构件数为14，运动副数为18，其中包括6个1自由度圆柱副，6个2自由度虎克铰，6个3自由度万向铰。代入计算公式，可以计算得到并联机构的自由度数为6。2.4平台坐标系确定为了求解动平台的空间位置关系及对动平台运动姿态进行控制，需要建立两个坐标系：动坐标系和定坐标系[61]。如图2.2，在Stewart平台的动平台上建立动平台坐标系PXYZ（以下简称动系,用符号P表示），其原点P位于动平台几何中心，Z轴垂直于动平台的上表面。在定平台建立定平台坐标系BXYZ（以下简称定系，用符号B表示）其原点B位于定平台的几何中心，z轴垂直于定平台的上表面。定平台的6个铰点用iB（i=1,2,3,4,5,6)来表示，动平台的6个铰点用iP来表示。图2.2六自由度并联机构坐标系示意图Figure2.2Coordiatesystemdiagramof6-DOFparallelmechanism
基于正交位移测量系统的六自由度并联机构参数标定研究18MMBPEBPETTTT（2.23）同理，如果MBT，BPT，MET均为已知，则可计算出PET，即PB1M1MEPBETTTT（2.24）为了直观地描述上述坐标变换，可以将上述的位姿关系表示成空间尺寸链的形式[67]，如图2.4所示。图2.4空间尺寸链Figure2.4Spatialdimensionchain通过坐标变换的传递，任一变换矩阵都可以用其余的变换矩阵来表示。2.7并联机构运动学分析并联机构的运行学分析有两个基本问题，即正解、逆解问题。正、逆解问题是并联机构运行学研究的核心内容之一，同时又是分析并联机构工作空间、实现并联机构控制和精度补偿的重要理论基础[7]。其中，正解是已知机构主动件的长度，求解机构输出件的位姿；逆解是已知输出件的位姿，求解机构输入件的长度。同串联机构相反，并联机构的逆解简单，并且具有一对一的解析解，因此为基于逆解的工作空间分析和运动学控制提供了方便。但是，正解却极其复杂，一直是并联机构运行学研究的难点之一，它是并联机构理论分析的基础，在实际应用中具有重要的意义[18]。2.7.1运动学逆解已知动平台位姿，求各支链长度，就是求六自由度并联机构的运动学逆解。六自由度并联机构示意图如图2.5所示，1,2,6iB（i，）为定平台铰点，位
【参考文献】：
期刊论文
[1]并联式自动加注机器人运动学标定[J]. 刘华莹,于存贵,赵纯. 兵工自动化. 2019(06)
[2]基于旋量理论3-RRR平面并联机构的误差分析[J]. 屈淑维,李瑞琴,郭志宏. 机械设计与研究. 2019(02)
[3]基于六点定位原理的工业机器人通用夹具设计[J]. 李福运. 机械. 2017(06)
[4]高精度六维激光测量系统误差补偿算法研究[J]. 尹志生,李友如,李佩玥,郭抗,李朋志. 电子测量与仪器学报. 2016(08)
[5]基于遗传算法的运动学误差标定[J]. 何文涛,唐一科,张林刚,陈平. 机械科学与技术. 2015(11)
[6]6PUS并联机构的运动学整机标定[J]. 樊锐,李茜,王丹. 北京航空航天大学学报. 2016(05)
[7]基于6SPS并联机构标定新方法[J]. 周万勇,陈五一,刘华东,李光丽,贾云侠. 航空制造技术. 2014(21)
[8]基于拟Newton法的并联机构位置正解[J]. 耿明超,赵铁石,王唱,陈宇航,何勇. 机械工程学报. 2015(09)
[9]基于外部坐标测量的六自由度并联机构标定方法[J]. 延皓,李长春,张金英. 兵工学报. 2013(05)
[10]机械设计中运动机构自由度的控制[J]. 赵军华,袁世先. 煤炭技术. 2013(04)
博士论文
[1]空间望远镜用高精度高刚度并联调整平台设计与测试研究[D]. 韩哈斯敖其尔.中国科学院大学(中国科学院长春光学精密机械与物理研究所) 2019
[2]并联机构的运动学误差建模及参数可辨识性分析[D]. 孔令雨.上海交通大学 2018
[3]六自由度工业机器人定位误差参数辨识及补偿方法的研究[D]. 杜亮.华南理工大学 2016
[4]六自由度运动模拟器精度分析及其标定[D]. 于大泳.哈尔滨工业大学 2006
[5]并联机器人精度分析与综合研究[D]. 洪林.天津大学 2004
本文编号：3262014
【文章来源】：中国科学院大学(中国科学院长春光学精密机械与物理研究所)吉林省
【文章页数】：179 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
六自由度并联机构简图
基于正交位移测量系统的六自由度并联机构参数标定研究12体的自由度F>0，它就可以成为一个机构，即表明各构件间可有相对运动；如果F=0，则它将是一个结构（structure），即已退化为一个构件。机构自由度又有平面机构自由度和空间机构自由度[60]。一个原动件只能提供一个独立参数。六自由度Stewart平台的自由度数可以由下式计算[18]：16(1)niiFnmf（2.1）式中，n为构件总数，m为运动副总数，if为各个运动副的自由度数。对于6UPS型六自由度并联机构，其构件数为14，运动副数为18，其中包括6个1自由度圆柱副，6个2自由度虎克铰，6个3自由度万向铰。代入计算公式，可以计算得到并联机构的自由度数为6。2.4平台坐标系确定为了求解动平台的空间位置关系及对动平台运动姿态进行控制，需要建立两个坐标系：动坐标系和定坐标系[61]。如图2.2，在Stewart平台的动平台上建立动平台坐标系PXYZ（以下简称动系,用符号P表示），其原点P位于动平台几何中心，Z轴垂直于动平台的上表面。在定平台建立定平台坐标系BXYZ（以下简称定系，用符号B表示）其原点B位于定平台的几何中心，z轴垂直于定平台的上表面。定平台的6个铰点用iB（i=1,2,3,4,5,6)来表示，动平台的6个铰点用iP来表示。图2.2六自由度并联机构坐标系示意图Figure2.2Coordiatesystemdiagramof6-DOFparallelmechanism
基于正交位移测量系统的六自由度并联机构参数标定研究18MMBPEBPETTTT（2.23）同理，如果MBT，BPT，MET均为已知，则可计算出PET，即PB1M1MEPBETTTT（2.24）为了直观地描述上述坐标变换，可以将上述的位姿关系表示成空间尺寸链的形式[67]，如图2.4所示。图2.4空间尺寸链Figure2.4Spatialdimensionchain通过坐标变换的传递，任一变换矩阵都可以用其余的变换矩阵来表示。2.7并联机构运动学分析并联机构的运行学分析有两个基本问题，即正解、逆解问题。正、逆解问题是并联机构运行学研究的核心内容之一，同时又是分析并联机构工作空间、实现并联机构控制和精度补偿的重要理论基础[7]。其中，正解是已知机构主动件的长度，求解机构输出件的位姿；逆解是已知输出件的位姿，求解机构输入件的长度。同串联机构相反，并联机构的逆解简单，并且具有一对一的解析解，因此为基于逆解的工作空间分析和运动学控制提供了方便。但是，正解却极其复杂，一直是并联机构运行学研究的难点之一，它是并联机构理论分析的基础，在实际应用中具有重要的意义[18]。2.7.1运动学逆解已知动平台位姿，求各支链长度，就是求六自由度并联机构的运动学逆解。六自由度并联机构示意图如图2.5所示，1,2,6iB（i，）为定平台铰点，位
【参考文献】：
期刊论文
[1]并联式自动加注机器人运动学标定[J]. 刘华莹,于存贵,赵纯. 兵工自动化. 2019(06)
[2]基于旋量理论3-RRR平面并联机构的误差分析[J]. 屈淑维,李瑞琴,郭志宏. 机械设计与研究. 2019(02)
[3]基于六点定位原理的工业机器人通用夹具设计[J]. 李福运. 机械. 2017(06)
[4]高精度六维激光测量系统误差补偿算法研究[J]. 尹志生,李友如,李佩玥,郭抗,李朋志. 电子测量与仪器学报. 2016(08)
[5]基于遗传算法的运动学误差标定[J]. 何文涛,唐一科,张林刚,陈平. 机械科学与技术. 2015(11)
[6]6PUS并联机构的运动学整机标定[J]. 樊锐,李茜,王丹. 北京航空航天大学学报. 2016(05)
[7]基于6SPS并联机构标定新方法[J]. 周万勇,陈五一,刘华东,李光丽,贾云侠. 航空制造技术. 2014(21)
[8]基于拟Newton法的并联机构位置正解[J]. 耿明超,赵铁石,王唱,陈宇航,何勇. 机械工程学报. 2015(09)
[9]基于外部坐标测量的六自由度并联机构标定方法[J]. 延皓,李长春,张金英. 兵工学报. 2013(05)
[10]机械设计中运动机构自由度的控制[J]. 赵军华,袁世先. 煤炭技术. 2013(04)
博士论文
[1]空间望远镜用高精度高刚度并联调整平台设计与测试研究[D]. 韩哈斯敖其尔.中国科学院大学(中国科学院长春光学精密机械与物理研究所) 2019
[2]并联机构的运动学误差建模及参数可辨识性分析[D]. 孔令雨.上海交通大学 2018
[3]六自由度工业机器人定位误差参数辨识及补偿方法的研究[D]. 杜亮.华南理工大学 2016
[4]六自由度运动模拟器精度分析及其标定[D]. 于大泳.哈尔滨工业大学 2006
[5]并联机器人精度分析与综合研究[D]. 洪林.天津大学 2004
本文编号：3262014
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