发布时间 : 星期日 文章六自由度柔性机械臂的结构设计毕业(论文)设计论文更新完毕开始阅读
中国计量学院本科毕业设计（论文）
图4.1臂的关节轴晃动误差示意图
它们的综合影响表现为关节坐标系O’X’Y’Z’相对于理想坐标系OXYZ（两轴承中心处建立的坐标系）有微分运动。如图4.2。即相对于坐标系OXYZ移动(dx,dy,dz),并绕OXYZ的X，Y，Z轴转动δx,δy,δz。
图4.2关节晃动引起的微分运动图
设坐标系OXYZ对应的齐次矩阵为Ai-1，按照D-H法中的关节标示法，该坐标系不随关节的晃动而改变。坐标系O’X’Y’Z’是由OXYZ参考得到的，可得出O’X’Y’Z’对应的坐标矩阵：
Ai1=
=I+…………(4.1)
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令ξ=
，可得Ai1=I+ξ
其中I为单位矩阵，δx,δy,δz分别为绕X,Y,Z轴转动的微小角度，dx，dy，dz分别为微分平移矢量的个分量。
以上为关节晃动所导致的微分运动所引起的误差。在实际中，我们要选用P2级的高精度双轴承来进行结构的设计，来减少承的径向跳动、轴向窜动、以及角度的摆动[5]。 4.2.1杆件参数导致的误差
由于在生产、加工和装配过程中不可避免的存在各种偏差，实际上不可能达到理想的D-H坐标矩阵。D-H矩阵的参数会因存在着偏差而改变[32]。
用?θi, ?di, ?ai, ?αi来定义各参数的该变量，式2.1变为：
Ai2=
……(4.2)
当?θi, ?di, ?ai, ?αi足够小时，?θi->dθi，?di->ddi，?ai->dai ，?αi->dαi。又因为：
……………(4.3)
有：dAi=
…………………………………(4.4)
对4.2化简有：Ai2=Ai+dAi。定义：
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=
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………………(4.5)
则:
…………………………………………………………(4.6)
?ii-1为关节坐标系除去基座坐标系i相对前一坐标系i-1的微分转换矩阵。式4.5,4.6即为综合考虑关节晃动，杆件几何参数引起的微分转换矩阵。将其带入式2.3，即是最后修正后的综合测量方程。
4.3结构的精度分析
三坐标测量机是一种以精密机械为基础的高效率高精度的测量设备。测量机的精度是衡量一台机器好坏的重要指标。
要使测量机具有高的测量精度，其系统结构首先要稳定，即测量机的随机误差要小，这样即使系统误差较大，也能在后续的处理中修正掉，但随机误差是不确定的，会严重阻碍测量精度的进一步提高，因此要保证整个系统结构的稳定性，即机械结构的各部分要具有稳定性，包括各部分的连接。其次是三坐标测量机的定位等要牢固，不能产生松动，各回转轴的回转精度要高，且力变形和热变形要较小电气部分的各测量元件的测量精度以及处理电路的精度都要满足一定的要求软件部分的数据处理也要保证一定的精度[21]。
柔性坐标测量机由六个旋转关节来实现六自由度的旋转，每个旋转关节均安装了角度编码器来测量旋转角度值，通过对旋转角度的测量来实现最终的坐标测量。因此,角度测量的精度将直接影响最终的测量精度,并且,由于整个测量系统是串联结构,角度误差会通过长度传递并进一步放大,从而对最终的测量精度造成更大影响。所以,角度的测量误差对整个测量机精度的影响很大,除了选用高精度光栅传感器以外,还需对角度测量进行测试,进一步消除系统误差的影响,从而提高测量精度。
4.4 本章小结
本章主要讨论了柔性臂坐标测量机的误差分析。首先阐述了误差分析与提高
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精度对于三坐标测量机的重要性。分析了柔性臂坐标测量系统的主要误差——系统误差和随机误差，以及由于测量机的特点导致其主要误差来源的7个主要误差来源。
在4.2节，我们重点对由关节晃动导致的误差和杆件参数导致的误差进行了阐述和介绍。这两种误差是臂式测量机的最主要误差。通过D-H方程，关节上微分运动的坐标转换和参数误差的变换，可以建立测量机误差的数学模型，以通过软件进行补偿。
在4.3节，我们对测量臂结构进行了简单的精度分析。测量机的精度是衡量一台机器好坏的重要指标。由于测量机为串联结构，角度测量误差会随着长度的传递而放大，直接影响精度。在研制柔性坐标测量机时，不仅要使用高精度的轴承以使结构达到稳定性，还要尽可能的选择精度高的角度传感器，来提高测量机的精度。
5总结与展望
5.1 总结
三坐标测量机在工业生产中的地位十分重要。本文从介绍三坐标测量机开始，介绍了三坐标测量机的国内外发展现状和发展趋势以及各种三坐标测量机的优缺点。其中，柔性臂式三坐标测量机作为一种先进的测量仪器，以其体积轻，灵活，使用方便，测量空间大等特点相比于其他传统测量机相比有着无可比拟的优势。然而，相对于其他三坐标测量机而言，柔性臂式三坐标测量机本身的机构特性决定了它精度的不易保证，和其他传统的三坐标测量机相比其测量精度上仍不占优势。目前柔性臂式坐标测量机的技术仍不是很成熟，本文根据国内外已有的技术经验和研究成果，重点对柔性臂的机械结构设计进行了简单的研究，并对其精度问题进行了简单的介绍。
本文的主要内容可总结为以下几个方面：
1）介绍了柔性臂式三坐标测量机的基本结构和工作原理。借鉴了国内外的先进技术和已有的研究，确定了测量臂的整体设计方案。
首先，文章对测量机的测量空间进行了一个简要的介绍，指出了为避免出现“空腔”现象臂长所要满足的条件。
然后，具体介绍了测量臂的机械设计方案，包括了测量臂的关节和臂长的设计。在臂身的材料选择上我们选择强度大，密度小，热稳定性好的碳纤维作为臂身的材料，以使臂身具有重量轻强度高，抗热变性好的特点。
同时，本文还对杆长进行了优化设计，选择合适的参数以使其误差达到最小，
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