六坐标位姿测量机的设计与研究
六自由度工业机器人的绝对位置测量及运动学标定技术
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可靠性稳定
绝对位置测量技术具有稳定的可靠性，能够保证机器人在长时间运 行过程中保持稳定的性能。
适用范围广
该技术适用于各种六自由度工业机器人，无需针对特定机器人进行 改造，具有广泛的应用前景。
应用场景与适用范围介绍
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制造业
六自由度工业机器人广泛应用 于制造业中的焊接、装配、搬 运、喷涂等环节，能够提高生 产效率和降低人工成本。
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1. 采集每个动作下机器人各 关节的位置、速度、加速度数
据。
2. 采集机器人各关节角度的 测量值。
3. 采集机器人运动轨迹的测 量值。
数据处理与分析结果展示
数据处理
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2. 通过运动学模型对数据进行拟合和计算 ，得到各关节的绝对位置。
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1. 使用MATLAB对数据进行清洗和预处理， 去除异常值。
首先，收集大量的机器人运动数据，并利用这些数据训练一个神经网络 模型。然后，通过该模型，输入机器人的末端执行器的位置和姿态信息 ，输出机器人各关节角度。
应用场景
常用于解决复杂的非线性问题，提高机器人的适应性和灵活性。
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实验设计与结果分析
实验设备与环境介绍
设备
六自由度工业机器人（ABB IRB1200）、激光跟踪仪（Leica AT901）、反光 标志点、计算机等。
2. 研究工业机器人的运动学标定方法，通过实验获取 机器人的运动学参数；
研究内容与方法
3. 结合实验数据，对 机器人的运动学模型 进行验证和优化。
1. 理论分析和实验验 证相结合；
本研究采用的方法包 括
研究内容与方法
基于单目视觉的工件位姿六自由度测量方法研究
基于单目视觉的工件位姿六自由度测量方法研究研究目标本研究的目标是开发一种基于单目视觉的工件位姿测量方法，实现对工件在六个自由度上的精确测量。
通过该方法，可以准确地确定工件在三维空间中的位置和姿态，为工业生产中的自动化装配、质检等环节提供可靠的数据支持。
方法1. 相机标定首先，需要对使用的相机进行标定。
相机标定是确定相机内外参数的过程，通过采集不同位置下已知尺寸和位置关系的标定板图像，并利用计算机视觉算法计算相机参数。
常用的相机标定方法包括张氏标定法、Tsai标定法等。
2. 特征提取与匹配接下来，在待测量的工件上选择合适的特征点，并使用特征点描述子进行特征提取。
常用的特征点包括角点、边缘等。
然后，通过特征匹配算法将待测量图像中提取到的特征点与参考图像中对应特征点进行匹配。
3. 姿态估计通过已匹配的特征点，可以计算出工件在图像中的位置和姿态。
常用的姿态估计算法包括PnP算法、EPnP算法等。
这些算法通过已知的特征点在相机坐标系下的三维位置和对应的图像坐标，来估计工件相对于相机坐标系的位姿。
4. 姿态校正由于单目视觉只能提供工件在相机坐标系下的位姿，为了得到工件在世界坐标系下的位姿，需要进行姿态校正。
姿态校正可以通过与已知参考物体进行配准来实现。
比如，在装配生产线上，可以使用已经定位好的固定物体作为参考物体，将待测量工件与参考物体进行配准，并计算出工件在世界坐标系下的位姿。
5. 误差分析与优化最后，需要对测量结果进行误差分析，并根据实际需求进行优化。
误差分析可以通过重复测量同一工件，并比较不同测量结果之间的偏差来完成。
针对存在的误差，可以采取一些优化方法，如增加特征点数量、改进特征提取算法等。
发现经过实验和分析，本研究得出以下发现： 1. 使用基于单目视觉的工件位姿测量方法可以实现对工件在六个自由度上的精确测量。
2. 相机标定是确保测量结果准确性的关键步骤，准确的相机参数可以提高位姿测量的精度。
3. 特征提取与匹配是姿态估计的基础，选择合适的特征点和描述子对于提高匹配准确性非常重要。
六自由度虚拟轴机床的智能位姿检测及实时误差补偿控制研究的开题报告
六自由度虚拟轴机床的智能位姿检测及实时误差补偿控制研究的开题报告一、选题背景和研究意义随着工业技术的不断发展，机床技术也在不断地更新和完善。
目前，传统的机床已经很难满足高精度和高效率加工的需求，而六自由度虚拟轴机床因具有较大的运动自由度和灵活性，已经逐渐成为现代制造业领域的研究热点之一。
然而，由于机床自身的不稳定因素和环境干扰等原因，六自由度虚拟轴机床在加工过程中容易出现误差，这对于精密加工的要求十分困难。
因此，如何对六自由度虚拟轴机床进行高效的位姿检测和实时误差补偿控制，成为了当前机床技术中亟待解决的问题。
本研究旨在通过智能化的位姿检测和实时误差补偿控制方法，提高六自由度虚拟轴机床的加工精度和效率，为其在现代制造业领域的应用提供技术支持。
二、研究内容和目标本研究的主要内容为六自由度虚拟轴机床智能化的位姿检测和实时误差补偿控制。
具体包括以下几个方面：1. 建立六自由度虚拟轴机床的数学模型，对其运动学和动力学特性进行分析和研究。
2. 设计并实现智能化的位姿检测方法，采用传感器实时监测机床的位姿信息，并通过模型相结合的方式，进行高精度的姿态跟踪。
3. 设计并实现实时误差补偿控制方法，根据位姿检测结果，采取适当的反馈控制策略，对机床运动过程中的误差进行实时修正和补偿。
4. 进行实验验证，并与现有的位姿检测和误差补偿方法进行对比分析，评估研究方法的精度和效率。
本研究的目标是能够设计出一种高精度、实时性好的六自由度虚拟轴机床智能化的位姿检测和实时误差补偿控制方法，为六自由度虚拟轴机床的应用提供技术支持。
三、研究方法和技术路线本研究采用的研究方法主要包括理论分析和数值模拟，实验验证和对比分析。
其中，理论分析和数值模拟主要是为了建立机床的数学模型和分析其运动学和动力学特性，为位姿检测和误差补偿控制方法的设计提供理论基础。
实验验证和对比分析则是为了评估研究方法的精度和效率，依据实验结果对不同的位姿检测和误差补偿方法进行对比分析，为进一步的研究提供参考。
六自由度位姿调节平台控制系统设计解读
六自由度位姿调节平台控制系统设计专业：机械设计制造及其自动化学生：徐瑞指导老师：朱兴龙完成时期： 2015年6月1日扬州大学机械工程学院摘要六自由度平台在生活和实验设备得到了广泛的应用，例如各种训练模拟器如飞行模拟器、舰艇模拟器、海军直升机起降模拟平台、坦克模拟器、汽车驾驶模拟器、火车驾驶模拟器、地震模拟器以及动感电影、娱乐设备等领域，甚至可用到空间宇宙飞船的对接，空中加油机的加油对接中，在加工业可制成六轴联动机床、灵巧机器人等。
为其他试验设备提供了一个可以进行各种姿态调节的支撑平台，方便其他各种实验的展开。
由于六自由度运动平台的研制，涉及机械、液压、电气、控制、计算机、传感器，空间运动数学模型、实时信号传输处理、图形显示、动态仿真等等一系列高科技领域，因而六自由度运动平台的研制变成了高等院校、研究院所在液压和控制领域水平的标志性象征。
同时平台的姿态能够实时调节、精确度自动化程度高等优点。
近些年来，对于六自由度平台的控制得到了关注和研究。
本文将针对实验室现有的调节平台，设计其控制系统，使位置、姿态调节更加方便快捷。
首先需要进行控制系统总体方案论证，确定可行的总体方案。
同时在详细了解实验室现有的调节平台的结构的基础上，根据相应的性能要求确定电机、驱动器、控制器型式，建立了六自由度位姿调节平台的运动学模型，进而建立了六自由度位姿调节平台的运动学方程，设计控制系统线路图，重点考虑电机运动到极限位置时“卡死”问题，设置加以控制，最后采用VC++6.0开发工具，在Windows 环境中对控制软件进行功能开发，实现电动、自动功能，解决电机运动到极限位置时“卡死”问题。
关键字: 六自由度位姿调节平台；极限位置；运动学模型；行程开关ABSTRACTSix degrees of freedom platform and experiment equipment has been widely used in life, such as all kinds of training simulator such as flight simulator, ship simulator, the navy helicopter landing simulation platform, the tank simulator, vehicle driving simulator, the train driving simulator, the earthquake simulator and action movies, entertainment and other fields, even available space spacecraft docking, refueling tanker docking.In processing can be made into six axis linkage machine tool, dexterous robot, etc.For other test equipment provides a can undertake all kinds of posture adjustment support platform, convenient and other various kinds of experiments.Due to the development of the six degrees of freedom motion platform, mechanical, hydraulic, electrical, control, computer, sensors, space motion mathematical model, the real-time signal processing, graphical display, dynamic simulation and so on a series of high-tech fields, therefore the development of the six degrees of freedom motion platform into institutions of higher learning, research institute's iconic symbol of hydraulic and control level.At the same time platform attitude to real-time adjustment, high automation degree of precision.In recent years, the six degree of freedom platform control to get the attention and research.This article will focus on the adjustment of the existing laboratory platform, design of its control system, make position, posture adjustment more convenient and quick.First need to control the system overall scheme demonstration, deciding the overall concept of feasible.In details about the lab at the same time, on the basis of existing to adjust the structure of the platform, according to the requirement of the performance of the corresponding type of motors, drives, controller, set up the kinematics model of six degrees of freedom posture control platform, and then established the kinematics equation of six degrees of freedom posture adjusting platform, design of control system circuit diagram, emphasizing on the electric motor to the limit position "stuck" problem, set control, finally in the software development environment using c language to controlthe function of software development and implementation of electric and automatic functions, solve the electric motor to the limit position "stuck" problem.Key words : six degrees of freedom posture adjusting platform;Limit position;The kinematics model;Travel switch目录摘要·············································································································· ABSTRACT ···································································································第一章引言···································································································1.1课题来源······························································································1.2国内外现状···························································································1.3本文的主要内容·····················································································第二章六自由度位姿调节平台控制系统的总体设计方案···········································2.1原控制系统方案及存在的问题····································································2.2现控制系统方案及解决的问题···································································第三章控制系统设计························································································3.1六自由度调节平台的运动学模型································································3.1.1 D-H方法简介·················································································3.1.2 运动学模型····················································································3.2 硬件设计·····························································································3.2.1电机选型·······················································································3.2.2驱动器选型·····················································································3.2.3控制器选型·····················································································3.2.4传感器选型·····················································································3.2.5控制系统原理图··············································································3.3 软件设计·····························································································3.3.1开发环境介绍·················································································3.3.2软件界面·······················································································3.3.3 程序片段·······················································································第四章结论····································································································参考文献········································································································致谢··············································································································第一章引言1.1课题研究意义本课题是结合视觉测量中标靶、摄像机需要进行位姿和姿态的调整，针对实验室现有的调节平台，设计一种具有六自由度调节平台的控制系统，使位置、姿态调节更加方便快捷，同时针对电机运动到极限位置时“卡死”问题解析解决。
哈工大课程设计六自由度坐标测量仪
同组设计者及分工：
指导教师签字___________________
年 教研室主任意见：
月
日
教研室主任签字___________________ 年 *注：此任务书由课程设计指导教师填写 月 日
一、 概述
1.背景介绍 坐标测量技术是随着数控加工技术的兴起而发展起来的一种新型 “模型化测量技术” 。 随着计算机技术、 电子技术和控制技术的不断进步， 坐标测量机及其技术也取得了日新月异的飞速发展。 不断推出的新产品， 在测量精度、机械结构形式、软件功能和柔性等方面取得了质的飞跃目 前，现代三坐标测量机已发展为一种集机械、光学、数控技术和计算机 技术为一体的大型精密智能化测量仪，成为航天、航空、船舶、汽车等 工业领域中检测盒质量控制中不可缺少的大型万能测量装备，主要实现 对零部件的几何尺寸以及相互位置的高精度测量。 2.特点 六自由度多关节坐标测量仪是由多杆件通过旋转关节串联而成的空 间开放式连杆机构，具有以下特点：运动学模型比较复杂；结构简单； 测量范围大；可对内表面进行测量。 3.基本测量原理 六自由度关节式坐标测量仪的结构示意图如图 2 所示
5.3 5.35 5.3 0.14 0.16 5.3 0.16 5.3 0.08 36.65 N m
受力情况： F 3 10 30 N （3）轴径选择 挠度分析：
vM
36.65 0.012 2 200 109 I
30 0.013 vG 3 200 109 I
2.关节结构设计
关节部件是整个测量仪的关键，它是一个旋转轴系统，由轴、 轴承、外壳、光电编码器、连轴结、其他连接件组成。它的连接直 接影响了测量仪的灵活性，所以，关节的外壳选择了密度较小的硬 铝合金，各个关节的连接采用了相同的固定方式：圆柱与圆柱相贯 的连接方式。这样既有利于测量仪的牢固，又有利于仪器本身的灵 活性。同时也要考虑以下几点： （1） 轴承选用角接触轴承，本设计中采用一对角接触轴承面对面 安装。 （2） 考虑轻便易于操作等要求，整个测量仪的最大直径不超过 80mm。 （3） 为满足最大精度要求，所有安装采用紧密连接。 2.1 轴承的选择 2.1.1 轴 1 结构的设计 （1）受力分析
六自由度多关节坐标测量仪机械结构设计
H a r b i n I n s t i t u t e o f T e c h n o l o g y课程设计说明书（论文）课程名称：机械学基础课程设计设计题目：六自由度多关节坐标测量仪机械结构设计院系：班级：设计者：学号：指导教师：设计时间：哈尔滨工业大学哈尔滨工业大学课程设计任务书目录一、概述1.背景介绍坐标测量技术是随着数控加工技术的兴起而发展起来的一种新型“模型化测量技术”。
在二十世纪五十年代中期，随着电子技术的发展和计算机技术的出现，一种高精度、高效率和高柔性的机械数控加工设备被研制和生产出来，并受到机械设计制造业者的广泛注意,很快在很多机械制造领域得到应用同时，由于生产效率和加工精度的提高，对测量技术提出了更高的要求，而传统的比较式测量技术无法满足这一要求。
于是，在1959年，以研制并生产数控机床为主的英国公司首先提出坐标测量这一概念，在同年夏天在法国召开的国际机床博览会上展出了世界上第一台测头可数字化移动的三坐标测量仪，在世界几何量测量领域引起了巨大震动。
从此以后的五十年里，随着计算机技术、电子技术和控制技术的不断进步，坐标测量机及其技术也取得了日新月异的飞速发展。
不断推出的新产品，在测量精度、机械结构形式、软件功能和柔性等方面取得了质的飞跃目前，现代三坐标测量机已发展为一种集机械、光学、数控技术和计算机技术为一体的大型精密智能化测量仪，成为航天、航空、船舶、汽车等工业领域中检测盒质量控制中不可缺少的大型万能测量装备，主要实现对零部件的几何尺寸以及相互位置的高精度测量。
2.特点传统的三坐标测量仪主要由三个相互垂直的导轨（构成一个笛卡尔坐标系）、支撑系统、测头、长光栅传感器、数控系统、计算机系统和软件系统等组成。
常见的结构形式有移动桥式、悬壁式等。
三坐标测量仪的主要特点如下：1)直线型导轨结构笛卡尔坐标测量机采用三个互相垂直的直线导轨结构，三根导轨的运动方向分别对应于笛卡尔坐标系中X,Y，Z轴的方向在X,Y,Z方向上的运动是相互独立的，因此，测头在空间的运动位置（坐标值）可以直接由长光栅传感器给出。
课程设计六自由度多关节坐标测量仪机械结构设计
课程设计--六自由度多关节坐标测量仪机械结构设计课程设计说明书（论文）课程名称：机械学基础设计题目：六自由度多关节坐标测量仪院系：班级：设计者：学号：指导教师：设计时间：2014/2/17—2014/3/7大学课程设计任务书姓名：院（系）：专业：班号：任务起至日期：2014年02月17日至2014年03月07日课程设计题目：六自由度多关节坐标测量仪机械结构设计已知技术参数和设计要求：●空间测量范围：1200mm●分辨力：0.01mm●点坐标重复精度：≤±0.03mm●长度测量不确定度（2σ）：≤±0.05mm●测量臂直径：≤Φ50mm●测杆及测头长度：≤150mm●具有力平衡装置●传感器数据线不能暴露在仪器外面，须从内部“走线”●整台仪器轻便、灵活工作量：●计算关键零件的结构尺寸，并验证其强度及刚度●完成测量仪的总装配图（1号图纸1张）●完成关键零件图（3号/4号图纸6张）●课程设计说明书1份（10000字）工作计划安排：2014/2/17 上午:上课，安排课程设计内容，准备制图工具；下午:查阅资料，总体设计、理论计算；2014/2/18总体设计、理论计算；2014/2/19 上午:绘制草图；下午:检查进展情况，包括理论计算、草图等；2014/2/20、21、24、25、26绘制总装配图；2014/2/27 检查总装配图，签字；2014/2/28、3/3、3/4 绘制零件图；签字；2014/3/5、3/6 编写设计说明书；签字；2014/3/7答辩、检查所有图纸、设计说明书。
同组设计者及分工：指导教师签字___________________年月日教研室主任意见：教研室主任签字___________________年月日目录1 概述 (5)1.1坐标测量需求 (5)1.2坐标测量仪特点 (5)1.3基本测量原理 (7)1.3.1结构模型 (7)1.3.2测头位姿的描述 (8)1.3.3测量系统运动模型 (9)2 总体设计 (9)2.1 总体设计原则 (9)2.2 关节结构设计 (10)2.3 力平衡装置设计 (11)2.4 限位装置设计 (11)2.5 轴壳联接件 (11)2.6测头的设计 (12)2.7 螺钉的设计 (12)3 关键结构及设计 (13)3.1 轴承的选择 (13)3.1.1 轴1结构设计 (13)3.1.2 轴2结构设计 (14)3.1.3 轴 3 结构设计 (15)3.1.4 轴 4 结构设计 (16)3.2 扭簧的选择 (16)4 结构工艺及技术要求 (18)4.1 装配要求 (18)4.2 加工工艺要求 (19)5 总结 (19)6 参考文献 (20)51.概述1.1坐标测量需求坐标测量技术是随着数控加工技术的兴起而发展起来的一种新型“模型化测量技术”。