柔性关节式坐标测量机多参数模型建模方法研究

【摘要】：传统的坐标测量机渐渐不能满足大型工程测量的需求，由于非正交坐标测量机具有便携、易操作、在线测量的特点，近年来针对非正交坐标测量机的研究和应用越来越广泛。本文针对一种含有平行关节的非正交式柔性关节式坐标测量机进行研究，围绕测量机的多参数模型和模型参数标定问题而展开。 关节式坐标测量机常采用DH（Denavit-Hartenberg）方法进行建模，但当用它来描述平行关节运动时，DH矩阵是病态的。因此文中针对这种病态矩阵问题研究了另外两种建模方法，五参数模型和改进的四参数模型。经过分析之后，文中研制的测量机采用了改进的四参数模型并结合标准DH模型的方法建立多参数测量模型。该测量机设计有三个不同的测头工位，文中分别对测量机的测头安装在这三个工位时建立了测量模型，所建立测量模型的参数个数和测头参数意义不同。本文还对该测量机进行了全面误差分析，并建立了系统误差模型，另外还针对测量机随机误差源中对测量精度影响较大的关节晃动建立了测量模型。在多参数模型的基础上，利用高斯牛顿法对测量机模型参数进行辨识。标定过程中剔除了模型中的冗余参数，经过多次高斯牛顿迭代后得到模型参数的最佳估计值。 实验数据表明，这种改进的四参数模型能很好地描述具有平行关节的柔性关节式坐标测量机。将辨识后的模型参数的最佳估计值带入测量机模型，重新多次测量标准件发现测量机的精度得到了极大的提高。