关节式坐标测量机标定的研究

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1、华中科技大学硕士学位论文摘要反求工程作为一种新型的设计方法，在引进国内外的先进制造技术、缩短产品的开发周期以及降低生产成本等方面发挥着重大的作用。关节式坐标测量机由于其体积小、重量轻、携带方便、测量范围不受工作台面限制等优点，已日益受到逆向工程领域的重视。本文在前人工作的基础上，对新开发的关节式坐标测量机的数学模型和参数标定进行了以下几方面的研究。首先论述了关节式坐标测量机的系统机械结构设计，并在Denavit-Hartenberg方法的基础上，建立了关节臂的数学模型和测量运动方程，对机构的坐标转换方程进行深入的推

2、理和验证；同时用Matlab软件做仿真试验，模拟出系统的相应位姿，从而精确、直观地验证了数学模型的正确性。其次建立了关节臂的误差模型，通过误差模型实验，证明了参数误差模型的真实、可靠；设计一种全新的标定块，运用矩阵全微分方法分析误差，利用最小二乘法和迭代法快速、高精度地实现了关节臂的结构参数和运动参数标定，预计精度可达到亚像素级。最后设计了关节臂参数与坐标变换标定软件模块，即数据记录、标定计算和测量模块。运用VisualC++6.0和Matlab7.0混合编程，具有良好的实用性和通用性；在Pro/MECHANICA

3、模块中实现了ACMM的运动分析和模拟仿真，更清晰、逼真地再现了机构运动的情况，同时可获得几何图元速度、加速度以及机构运动的轨迹曲线，以及判断元件间的干涉情况。关键词：反求工程关节式坐标测量机数学模型参数标定仿真实验运动分析I华中科技大学硕士学位论文AbstractReverseEngineering(RE)asanewdesigningmethodcandoalotofthingsintheabsorptiondomesticandinternationaladvancedtechnique,shorteningt

4、heproduct'sdevelopmentperiodandloweringtheproductioncost.Nowadaysarticulatedcoordinatemeasuringmachine(ACMM)isbecomingmoreandmorepopularinthefieldofREandgainedgreatinterestfromthefieldofRE,becauseofitsalotofadvantagessuchasconveniencetobeused,portabilitytobeca

5、rriedforitssmallvolumeandlightweightandflexibilitytotheworktable.Basedonaseriesofpreviousresearchesinthisfield,alotofresearchesonmathematicalmoduleandparametercalibrationbasedonnewlydevelopedACMMwerecarriedoutasfollowinthisdissertation.Firstly,thesystematicmec

6、hanicaldesignaboutthelinksandjointsforArticulatedCoordinateMeasuringMachineisdiscussed.OnthebasisofD-Hmethod,themathematicalmoduleandmovementequationforprobingthejointarmendwerebuilt;thecoordinatetransformationequationsofthemachinewerethoroughlyinferredandvali

7、dated.Andtheverificationmethodwasusedtosimulatetheexperimentresultswiththepowerfulmathematicaltool——MATLAB,andthereforethepositionandpostureweresimulated.Thegoodagreementofnumericalsimulationwiththoseofcorrespondingindicatedthatthedevelopedmodelwasreasonablean

8、dfeasible.Secondly,theerrormodelofjointswasestablished,theparametersofjointserrorwerewithintheextentofpermission.Theerrormodelwasthereforeprovedtrueandreliable.Furthermoreanewcalib