自驱动关节臂坐标测量机误差分析与结构优化设计

发布时间：2022-01-12 01:08

　　为了满足自驱动关节臂测量机（AACMM）测量精度对结构设计的要求,通过分析测量机的结构和测量工作原理,确定了引起测量和定位误差的误差源,并对关键零部件进行设计和选型,在此基础上建立了三维样机。利用不同测量姿态下的测量机静态变形和不同运动测量速度、测量姿态下的刚柔耦合变形值来指导测量机结构优化设计。仿真实验结果表明,测量机静态变形误差最大值降至0.41 mm,重复定位精度达到0.01 mm,满足设计要求。 

【文章来源】：煤矿机械. 2020,41(03)北大核心

【文章页数】：3 页

【部分图文】：

自驱动关节臂坐标测量机整体结构

如图1所示，本文以传统测量机结构设计与材料选型为参考，由测头向基座依次进行测量机的选型设计。测头选用具有6向测量能力的TP200；关节驱动选用哈默纳科FHA-C系列电机与减速器一体式的驱动装置，测量机的自驱动双关节由一个转动轴线与关节臂同轴的内嵌关节（1#、3#、5#关节）和一个转动轴线与关节臂轴线垂直的交叉关节（2#、4#、6#关节）组成，单个双关节可实现测量机2个自由度旋转，双关节结构如图2所示；光栅选用雷尼绍RESA系列，测量机各段关节臂杆长和直径设计如表2所示。3 测量机变形分析与结构优化

测量机从基座开始，各个关节转角范围分别为360°、188°、360°、190°、360°、230°，通过分析,确定测量机在转角范围内几个变形较大的典型姿态进行静态仿真分析，结果如图3所示。其中最大变形误差为0.41 mm，相比优化前偏移量下降了48.6%，且同一姿态下变形重复性误差为0.01 mm，达到设计指标的要求。各个关节部件的结构优化设计结果如表3所示。将测量机模型中柔性部件的关节输入端和输出端的铝合金件导入ANSYS中，生成各零件的6阶模态中性文件，再将其导入ADAMS软件与其他刚性零件装配组合成测量机刚柔耦合仿真模型。测量机的测量过程有移动和触测2个阶段，在ADAMS中设定测量机的测头以10 mm/s、20 mm/s和40 mm/s3种不同的速度移动。取前面变形较大的典型姿态中2种情况进行仿真，沿2条同斜率的直线路径进行刚柔耦合动态仿真，确定测量机在测量路径上运动时其柔性变形引起的误差值。将提取的测量机各个关节转角值代入测量机的测量模型，计算测量机的测头理论空间坐标值，并将理论计算结果与所提取的空间坐标仿真实验结果进行比对，确定测量机的柔性动态变形的误差值，其中测量机在2种不同姿态3种速度下随位置移动的测头空间位置误差值如图4所示。

【参考文献】：
期刊论文
[1]六自由度机械臂的设计与轨迹规划研究[J]. 李琳琳,寇子明,吴娟.  煤矿机械. 2019(08)
[2]柔性臂坐标测量机动态误差补偿算法研究[J]. 朱嘉齐,章家岩,冯旭刚.  机械科学与技术. 2019(08)
[3]基于RecurDyn的串联机器人刚柔耦合分析[J]. 葛鹏,胡小春.  机械工程师. 2017(12)
[4]用蚁群算法求解关节式坐标测量机的最佳测量区[J]. 胡毅,江超,黄炜,胡鹏浩.  光学精密工程. 2017(06)



本文编号：3583799