【摘 要】
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自动化在线测量技术是智能制造中一种重要的质量监控手段。手动关节臂测量机需要人力拖拽进行测量,测量力无法控制、测量位姿和测量路径不可复现等问题不利于后续误差补偿,因此提出了自驱动关节臂坐标测量机的课题。轨迹规划是实现自动测量必不可少的环节,不同的轨迹规划方式会影响测量精度与测量效率,本文基于机械臂和关节臂坐标测量机的有益成果展开自驱动关节臂坐标测量机的测量轨迹规划研究。首先根据自驱动关节臂坐标测量机
【基金项目】
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国家自然科学基金项目:自驱动关节臂坐标测量机精度保障技术研究,项目号:51775463
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自动化在线测量技术是智能制造中一种重要的质量监控手段。手动关节臂测量机需要人力拖拽进行测量,测量力无法控制、测量位姿和测量路径不可复现等问题不利于后续误差补偿,因此提出了自驱动关节臂坐标测量机的课题。轨迹规划是实现自动测量必不可少的环节,不同的轨迹规划方式会影响测量精度与测量效率,本文基于机械臂和关节臂坐标测量机的有益成果展开自驱动关节臂坐标测量机的测量轨迹规划研究。首先根据自驱动关节臂坐标测量机的结构参数建立了正运动学模型,并对模型的正确性进行了验证。对测量机的结构分析可知其不存在封闭解,因此采用数值法求解逆运动学,同时对逆运动学模型进行验证。在已知关节转动范围的前提下求解测量机的工作空间范围,分析测量机的误差来源,为后续轨迹规划奠定了基础。其次,在现有机械臂、关节臂测量机轨迹规划的研究基础上结合自驱动关节臂坐标测量机的测量需求,提出了将关节空间和笛卡尔空间相结合的混合轨迹规划方法。把单点的测量过程分为定位过程、测量过程和回退过程。其中定位过程和回退过程在关节空间采用S形加减速规划,测量过程在笛卡尔空间进行匀速直线插补运动,为保证测量机各关节同时启动和停止,需要进行多关节同步规划。本文以标准球为测量对象,完成混合轨迹规划后利用粒子群算法以时间-冲击为优化目标对轨迹进行优化,然后在Matlab Robotics Toolbox平台中对优化后的测球轨迹进行仿真分析。利用虚拟样机技术对混合轨迹规划方法进行验证,联合Adams和Ansys软件搭建了测量机的刚柔耦合模型,并设置与标准球碰撞参数,进行球体的仿真测量。比较关节空间轨迹规划与混合轨迹规划对特定点测量的距离误差,表明混合轨迹规划对特定点的测量精度更高。分别利用粒子群算法优化前后的混合轨迹对标准球进行仿真,按照优化后轨迹运行的测量机测头速度更为平稳,且测球精度更高。最后搭建了自驱动关节臂坐标测量机实验平台,将混合轨迹规划结果导入上位机中分别进行特定点的测量实验和标准球的测量实验,实验证明本文提出的混合轨迹规划方法和优化算法是可行且有效的。图[49]表[21]参[85]
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