涂军[1]2004年在《基于并联机构的坐标测量系统研究》文中研究表明坐标测量机CMM(Coordinate Measuring Machine)是一种集机械、光学、电子、数控技术和计算机技术为一体的大型精密智能化仪器，是现代工业检测、质量控制和制造技术中不可缺少的重要测量设备。本文将坐标测量分为平面二坐标和空间叁坐标两类进行研究，其中的平面二坐标测量原理已经应用于测量轮对几何参数自动测量装置，而基于并联机构的空间叁坐标测量系统有望应用于车间现场的通用叁维坐标测量。 论文分析了并联伸缩机构的运动几何关系，针对实际应用给出了机构的有关参数，尤其对平面二坐标测量系统还完成了机械部分的设计与调试。对平面二坐标和空间叁坐标两种机构，还分析了各自的机构误差对测量结果的影响，并分别对两种机构建立了各自的误差标定模型，为误差补偿提供了有力的依据，使得执行机构在加工精度要求一般的情况下，能够具有较高的测量精度。 本文主要针对平面二坐标测量系统完成了整个测控系统的设计：采用光栅尺、光电编码器测量可动部件的运动量，分辨率高、误差小；采用细分驱动的步进电机装置，定位精度高、可控性好。 此外，本文还进行了平面二坐标测量系统的测量控制一体化的调试试验：测量系统先自动完成零点标定，然后自动完成轮辋几何参数接触式检测，克服了以往的手动操作所带来的精度不高、效率低等缺点。试验表明：该平面二坐标测量系统可以运用于自动扫描测量轮辋尺寸，并能够满足车辆段轮对收入、支出位和新造车轮尺寸检测的需要。
于鹏[2]2008年在《新型大锻件尺寸测量系统的关键技术研究》文中研究表明大锻件是重大基础装备的关键部件,随着我国电力、船舶、石油和化工行业的发展,对大锻件的需求越来越大。大锻件多采用自由锻造方法制造,先进的大锻件在线尺寸测量技术对提高自由锻造系统的性能具有重要作用。本文结合国家重大产业对高质量大锻件的迫切需求,在国家重点基础研究发展计划(973计划)的支持下,对大锻件尺寸测量技术进行了比较全面的探索性研究,以期为提高自由锻造系统的锻造质量提供支撑。研究工作主要包括以下内容:提出采用脉冲激光测距传感器配合球面二自由度并联机构实现大锻件尺寸测量的新方法。基本思想是利用球面二自由度并联机构的高灵巧度和高精度实现激光传感器对锻件表面快速稳定的扫描,通过扫描点云的叁维信息确定锻件外形尺寸。通过直接测量球面并联机构的两输入角度和传感器的距离信息,基于球面并联机构的坐标变换原理确定锻件表面被测点在固定坐标系下的坐标。将球面保角理论应用到球面二自由度并联机构的工作空间分析中。即用平面上的点集来表示球面二自由度并联机构可达工作空间,通过分析动点投影圆半径的大小来研究球面并联机构工作空间的大小,为考察本测量系统的测量空间提供了理论基础。推算出机械系统的雅克比矩阵,根据雅克比矩阵分析测量系统的奇异位形,以此考察测量系统的可靠性并分析系统的解耦性与各向同性,考察机械驱动装置的可控性。按照机械系统工作性能分析确定了机械系统的工作方式。采用精密无刷直流电机和模块化电机运动控制器完成控制系统的搭建。研究无刷直流电机控制方式,完成电流环、速度环和位置环叁闭环控制器的PID参数整定。设计测量系统中数据采集的流程,通过Windows多媒体定时器实现串口数据的快速采集,在此基础上采用多线程技术提高数据处理的效率同时保证用户界面的响应速度。利用OpenGL叁维显示技术实现被测对象叁维点云的实时显示,使采集过程更加形象,为后续的在线尺寸测量奠定基础。针对开发出的测量系统进行实验研究,表明该测量系统可以达到比较理想的测量精度,对进一步研究锻件尺寸的在线自动测量具有指导意义。本文的研究工作为自由锻造大锻件的在线测量新系统成功研制奠定了基础。
黄平安[3]2016年在《3-PUU并联坐标测量机控制系统研究》文中提出坐标测量机广泛的应用在机床加工,航空航天,机器人等领域。在本文所研究基于3-PUU并联机构原理的坐标测量机,只需一根长光栅、一条精密导轨即可实现叁维空间精密测量的坐标测量机。该机构能够实现叁维空间内的移动,有利于建立符合实际工件测量的正交坐标系,同时,该机构的测量模型以及误差模型简单,从而使得系统控制简便,软件精度补偿方便可行。通过分析3-PUU并联坐标测量机的工作原理,利用解析法建立了测量机的运动学正反解模型；在测量机正反解模型的基础上,分析了测量机的工作空间。利用测量机的运动学位置反解模型,得到了其Jacobian矩阵的表达式,在此基础上,通过Jacobian矩阵求出了该坐标测量机的奇异位形,完成了奇异性的分析,基于运动学模型的控制方法完成了动平台的轨迹规划；通过对测量机功能的分析,搭建基于数据采集卡和运动控制卡组成的控制采集系统,完成了控制电路的设计,并且通过对数据采集卡和运动控制卡进行软件编程,实现了手柄信号的采集、电机的控制、数据处理与显示、安全防护等所需的功能。
姚玲[4]2012年在《3-PSS并联坐标测量机的运动学分析》文中研究说明并联机构具有模块化程度高、动态性能好和结构简单等一系列优点，经过叁十年的发展，在智能机器人、并联机床和微纳米微动工作台等领域得到广泛的应用。本课题在国家自然科学基金项目的支持下，尝试将并联机构引入到精密测量中来。采用并联机构来构建坐标测量机，可以部分弥补传统串联式坐标测量机的应用局限和不足，并且有望实现高精度、高速测量。本课题选用3-PSS对称型叁平移弱耦合并联机构来设计和制造坐标测量机的主体结构，该构型能实现叁维空间内的平动，有利于建立符合实际工件测量的传统正交坐标系；同时，该机型测量模型和误差模型简单，从而使得系统控制简便，软件精度补偿方便可行。测量机在硬件上只需要一根光栅、一条导轨和叁个读数头即可实现叁维空间内的精密测量。本课题首先介绍了样机的设计和制造，通过坐标转换法和空间机构学建立了运动学正反解模型和测量误差模型；基于所得到的测量方程，通过计算机仿真出工作空间并提出了优化方法，并利用Jacobian矩阵对从代数上求得机构可能出现的奇异轨迹；接着分析了整个测量机的误差源，并重点对结构参数误差和驱动参数误差对测头位置精度的影响进行了分析；随后对测量系统进行了总体设计，包括测量系统硬件设计和软件开发等。最后，通过实验测试了数据采集系统的功能，并进行了整机性能的评估。
耿明超, 赵铁石, 边辉, 唐启敬[5]2013年在《基于并联理论的单目视觉位姿估计》文中认为搭建了一种主动式测量系统用于测试伺服稳定平台的伺服精度。以此系统为基础,提出了基于并联理论的单目视觉位姿测量方法。介绍了系统的硬件组成和系统测量原理,分析了系统的分辨率。给出了激光点在投影靶坐标系下的计算原理及过程。然后,从并联机构的自由度出发,将视觉测量系统等效地转化为一个并联机构,将视觉测量系统的位姿估计问题转换为并联机构的正解问题。利用并联机构的运动影响系数迭代求解系统的位姿,由并联机构关节螺旋直接得到影响系数,由此简化了推导过程。仿真和实验结果表明:系统的姿态测量精度为±0.05°。该方法能够快速稳定的收敛,基本达到了系统的设计要求。
周文祥[6]2005年在《非正交系坐标测量机理论及轮轨外形测量技术研究》文中研究指明坐标测量机(CMM)是由机构实现的柔性高精度测量设备。正交导轨机构实现的正交坐标系CMM,换算直观、简单;非正交导轨机构构成的非正交系CMM小巧便于携带,正在得到发展。随着我国重载和高速铁路的发展,轮轨关系研究、安全监测对轮轨几何测量精度与效率的要求不断提高,因此,研究非正交系CMM理论及轮轨外形测量技术具有重要意义。 论文在回顾经典CMM及多关节串联非正交系CMM的发展历程,介绍并联机构CMM以及轮轨外形测量技术研究现状的基础上,全面阐述了在非正交系CMM理论及应用方面的研究工作,其内容、方法与成果摘要如下: 1.论述了坐标测量法的数学原理与非正交系的实现;对CMM系统进行了功能分解和优化重组,论证了非正交系CMM的可行性;通过对多关节串联、并联机构非线性方程组的求解分析,研究了其可测性,同时讨论了机构的雅可比矩阵及其条件数的意义,为CMM的机构设计奠定了基础。 2.研究了非正交系CMM的测量准确性。讨论了机构制造误差的检定与补偿方法;对杆件的简单热变形、力变形以及关节角测量误差进行了量化分析,对多关节串联机构的分析和试验表明:利用两种姿势测量同一外形曲线,使两条曲线重合,可标定一个角度零位误差,多个误差可依次标定;对激光与电涡流位移传感器测量车轮外形的测量误差也进行了试验研究。 3.研究了测量机构的结构综合问题。在分析构型要素、方法,研究二维测量机构的基础上,提出了:①基于杆长测量的CMM并联机构方案,建立了测量模型,给出了位置正解与逆解,进行了测量空间和误差分析;②基于角度的叁、六自由度测量机构方案,该机构适合小范围高速测量。 4.研究了非正交系CMM原理在轮轨外形检测中的应用问题。提出了叁种测量装置机构方案:①基于角度测量的五连杆轮轨外形测量仪,进行了结构设计和误差分析,还给出了基于叁角形边长测量的机构方案;②基于杆长测控的轮对几何参数自动测量装置;③一种基于角度测量的钢轨轨距、水平检测推车,其倾角测量采用了涡流阻尼结构。同时给出了全部测量模型。 5.研究了坐标测量系统的数据采集问题。讨论了增量光栅信号的四细分、可逆计数的实现方法,正弦信号的精密细分技术,设计了基于F2407的便携式数据采集系统,研究了电源消耗、USB接口及其两侧的编程、硬件接线、
卫进[7]2005年在《基于并联机构新型液压支架的研究》文中提出液压支架是综采工作面的重要设备之一,其作用不仅是支护顶板、维护安全作业空间,而且还要推移工作面输送机和采煤机。因此,液压支架的性能和可靠性是决定综采成败的关键因素之一。 我国现行的液压支架以四连杆液压支架为主。然而,四连杆液压支架在机构上存在原理性缺陷,给煤矿生产带来了一系列的问题。因此,研制一种既能避免四连杆液压支架的不足又在“支”和“护”方面有特殊性能的新型液压支架是生产上的需要。这对于改善综采面支护、减轻工人劳动强度和提高煤矿经济效益都有十分重要的意义。 本课题从我国煤矿生产实际出发,针对基于四连杆液压支架稳定性差,与顶板耦合能力低和难于实现电液控制等问题,结合并联机构的特点和先进的控制理论,研制出适合于综采面使用的并联支架。 本文结合液压支架的实际运行工况,通过对并联机构的运动学、动力学和机构学进行理论分析,找出并联机构与液压支架的结合点,提出并联支架设计方案。并对其运动空间、特殊位形和支杆干涉等细节进行了探讨,特别对并联支架的可控性、与项板的适应性和力转移特性进行了理论分析和试验验证,得出并联机构是液压支架最适宜的机构,并联支架是综采工作面最适宜的支架。
徐要刚[8]2009年在《热态大锻件尺度的在线测量技术研究》文中研究表明大锻件是重大基础装备的关键部件,是国家发展和国民经济建设的重要基础,全面提高大型锻件的制造能力和技术水平具有重大的社会意义和经济价值。大型锻件的外形尺寸和内在质量需要在锻造过程中通过在线测量加以保证。本文密切结合国家重大产业对高质量大锻件的迫切需求及其测量技术现状,在国家重点基础研究发展计划(973计划)的资助下,对大锻件尺寸测量的关键技术进行了比较全面的探索研究工作,以期为提高国内的大锻件的质量做贡献。本文的研究工作涉及以下几个方面:1.采用激光扫描测距的方法实现锻件尺寸测量。该方法通过二自由度的并联机构带动激光测距传感器运动,获取锻件表面的点的距离信息以及两个驱动电机的转角信息。使用坐标变换得出这些点在固定坐标系下的坐标,再把这些点使用逆向工程软件得出叁维外形,然后进行尺寸测量。2.通过在测量机构上安装摄像头,实时掌握测量位置。建立被测量点和图像上点的对应关系,使用图像引导的方法标示出被测点位置;根据当前点与待到达点之间的转角差,实现电机带动测距传感器对指定点的测量。3.使用边界搜索检测的方法,快速确定被测锻件的边界,提高扫描效率。根据扫描采集的点的信息,导入逆向工程软件生成锻件的叁维外形,可以据生成的外形来测量尺寸和纠正锻压过程中产生的形状偏差。4.分析了测量轴类锻件的理论模型。针对常见的轴类锻件,通过实验室实际测量,把测量所得的点运用数学模型,求解出其关键尺寸。对于规则形状的锻件把测量所得的点导入逆向工程软件,重构其叁维外形,再测量其尺寸。5.对造成测量误差的原因和影响程度进行了分析,提出了减小误差的对应方法。并通过实验室的试验验证激光测距法测量大锻件尺寸方法及误差控制措施的可靠性和精度。本文的研究工作为激光测距法测量热态大锻件尺寸应用于锻压现场生产实际奠定了基础。
王启明[9]2017年在《冗余驱动并联机构性能分析与控制策略研究》文中认为随着国家高速铁路的不断发展,高速化、重载化、智能化已成为现在铁路发展的主流方向。车体及各部件的运行环境更加恶劣,对高速列车转向架、车体及车端各部件的稳定性、安全性、耐疲劳性提出了更高要求。本文提出的转向架参数测定试验台主要用于转向架及车体各项动力学参数和结构力学参数的高精度测定和道路动态模拟,因此对其相关的运动学、动力学及控制策略、测量系统校准等方面的理论和试验进行了研究,内容涵盖以下几个方面:1)冗余驱动并联机构学与运动学分析。首先,基于机构拓扑学理论对机构进行整周自由度、耦合度与冗余度分析,建立并联机构位姿正、反解数学模型。其次,提出了基于L-M算法改进BP神经网络和遗传算法优化改进神经网络(GA-BP)的智能数值算法、基于类信号学解耦的数值迭代算法、基于类线性解耦几何解析法与高阶迭代法的解析与数值融合算法等叁种位姿正解方法。结果表明:智能数值算法映射求解速度较快但受限于训练样本,更适用于重复性试验;迭代算法计算速度较快但依赖于初值,可得位姿正解有效解;而解析与数值融合算法更适用于高精度计算。最后,在转向架参数测定试验台上进行了相邻车端位姿和转向架回转阻力系数测量等试验,将所提方法与试验对比进一步验证方法有效性,解决了位姿正解高精度和实时性难题。2)机构动力学建模与性能分析。首先,基于第二类Lagrange方程对机构的动平台、液压伺服动力机构以及整体机构进行动力学建模,采用等效拓扑结构法对冗余驱动结构中内力耦合成因及耦合特性进行分析。然后,利用Hypermesh对机构关键部件进行网格划分有限元建模,借助ANSYS进行机构模态分析及高频振动分析等,为机构结构优化设计提供理论依据。最后,搭建机(ADAMS)-电(Simulink)-液(AMESim)联合仿真模型,为后续控制策略设计提供模型基础。3)六自由度七作动器冗余驱动试验台伺服控制策略研究。首先,建立电液伺服系统传递函数五阶模型,通过主导能量最优模型在尽可能保留原系统本征结构基础上将其降阶为叁阶模型。其次,以降阶模型为控制对象,提出了TVC前馈反馈控制、TVC优化的模糊自适应PID控制、TVC优化的H∞鲁棒控制等叁种控制策略。最后,对比了叁种控制策略在系统频宽特性、跟踪性能及控制能量等方面的性能,可知TVC优化的H∞鲁棒控制效果最优。4)冗余驱动并联机构末端执行器—动平台基于工作空间的振动协调控制策略研究。提出了基于工作空间的外环六自由度控制策略、基于TVC优化的H∞鲁棒控制的内环自由度控制策略、基于内-外环的六自由度振动协调控制策略等动平台姿态大闭环控制方法。内-外环控制策略中的内环采用TVC优化的H∞鲁棒控制;外环采用结合收敛速度快、稳态误差小的非线性Terminal高阶滑膜控制良好的轨迹跟踪性能,以及鲁棒抗扰动性能等提出一种高精度跟踪、稳定性好、抗扰动能力强控制策略——Terminal高阶滑膜控制率的回路成形鲁棒控制器(SMC-ROB),结果表明,六自由度位姿量跟踪精度上,单独内环要优于单独外环,而内-外环振动协调控制较为明显还要优于单独内环控制,同时后两类控制策略有效克服谐振峰,较大程度拓展了系统频宽,缺点是内-外环控制需要较高控制能量。其次,冗余驱动并联机构中伺服阀驱动不完全同步、运动平台平整度不够、运动过程载荷分布问题等均导致内力产生,提出基于动态压力均衡控制内力解耦控制策略,有效实现了内力削减但在一定程度上牺牲了系统高跟踪精度。最后,选取0-80Hz线性扫频信号、武广线路轨道谱激励、0.2g 0-60Hz加速度信号等在搭建的机-电-液联合仿真模型上进行试验,进一步验证了控制策略有效。5)提出了一种便携式六自由度平台位姿测量系统及校准装置方案。该装置可实现单自由度和变频率、变相位、变幅值下多自由度耦合等多种模式下的校准,同时实现六自由度参数无序调整。同时,基于MATLAB/GUI开发了测控系统软件,设计监控系统方案,装置具有一定通用性。本文在研究过程中始终以实用型、有效性、进步性为研究思想,在对冗余驱动并联机构运动学、动力学分析的基础上,提出的诸多控制策略,提高了机构运动的跟踪精度,进一步完善冗余驱动并联机构控制策略研究。
邰瑜[10]2009年在《大射电望远镜精密测量技术研究》文中研究指明大射电望远镜(Five hundred Meter Aperture Spherical Telescope—FAST)方案是通过六根大跨度悬索驱动馈源舱完成馈源的大范围运动,其中馈源支撑及指向跟踪系统中馈源平台位姿实时动态跟踪测量技术是一个关键技术。其研究目的是在保证精度的要求下,选取合适的测量方案及技术,为控制系统实时提供馈源的位姿,以便控制系统对馈源舱位姿进行调整使其处于理论规划的运动轨迹。本文主要针对FAST50m缩比模型的测量系统进行了研究,针对测量系统的具体要求,建立了基于激光跟跟踪仪的测量系统。馈源跟踪测量系统采用美国自动精密工程公司生产的Tracker3系列激光跟踪仪作为测量设备,其测量精度高、灵活便捷、非接触等特性,满足了馈源跟踪测量系统对测量设备多方面的严格要求。本文首先研究了基于运动学逆解建立的平台标定模型,并进行了仿真分析。其次对馈源舱指向系统的运动轨迹特点进行了深入的研究,建立了馈源舱的动态跟踪测量系统,并开发了测量软件,完成测量数据的采集和处理,同步发送给控制计算机。最后提出了测量数据的滤波算法,通过FAST50米模型实验验证了算法的有效性。并利用建立的测量系统和开发的测量软件,进行了馈源系统的轨迹跟踪实验,为系统的运动控制奠定了基础。
参考文献：
[1]. 基于并联机构的坐标测量系统研究[D]. 涂军. 西南交通大学. 2004
[2]. 新型大锻件尺寸测量系统的关键技术研究[D]. 于鹏. 上海交通大学. 2008
[3]. 3-PUU并联坐标测量机控制系统研究[D]. 黄平安. 合肥工业大学. 2016
[4]. 3-PSS并联坐标测量机的运动学分析[D]. 姚玲. 合肥工业大学. 2012
[5]. 基于并联理论的单目视觉位姿估计[J]. 耿明超, 赵铁石, 边辉, 唐启敬. 光学精密工程. 2013
[6]. 非正交系坐标测量机理论及轮轨外形测量技术研究[D]. 周文祥. 西南交通大学. 2005
[7]. 基于并联机构新型液压支架的研究[D]. 卫进. 太原理工大学. 2005
[8]. 热态大锻件尺度的在线测量技术研究[D]. 徐要刚. 上海交通大学. 2009
[9]. 冗余驱动并联机构性能分析与控制策略研究[D]. 王启明. 吉林大学. 2017
[10]. 大射电望远镜精密测量技术研究[D]. 邰瑜. 西安电子科技大学. 2009
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