基于外部坐标测量的六自由度并联机构标定方法

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并联六自由度对接平台运动学标定方法研究

高，定后的结构参数完全满足对接平台的精度标
要求。１并联六自由度对接平台运动学模型
在误差，其控制模型中的参数与其实际结构的几故
何参数必然存在差异。为了补偿这些误差，必须就
型，先建立如图２所示的坐标系：首０为对接平台上支点所在圆圆心，０为丝杆
下支点所在圆圆心。设０到０的矢量为Ｐ，到０上支点的矢量为０到下支点的矢量为，下
构结构复杂，置正解一般采用数值方法获得，在位故此基础上建立的标定算法也只能得到数值解，且并
收稿日期：０６０—０修回日期：０６１－８２０ —５３；２０ —１０
维普资讯
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宇航学报
第２卷８
图１并联六自由度运动平台的结构形式
Ｆｇ．Ｔｅ矗ａｆＰＤＰｉ１ｈｍｅｏＳ
真验证表明了所提方法的有效性和实用性。
关键词：并联六自由度对接平台；标定方法；仿真验证
中图分类号：Ｖ７．４６５文献标识码：Ａ文章编号：００１２（０７０ —２３０１０ —３８２０）２０７．５
支点到上支点的矢量为ｆ（ｉ：１ … ，），Ｐ一，６则
一一
解的不唯一性是此种算法的重要。有：

六自由度并联机构设计说明书

（需微要信 swan165本科毕业设计说明书学校代码： 10128 企鹅号： 1663714557 题目：六自由度伸缩式并联机床结构设计学生姓名：学院：机械学院系别：机械系专业：机械电子工程班级：机电10-4班指导教师：讲师摘红字要并联系联机微床信，也可叫获取做整套并联结构机床(Parallel Structured Machine Tools)、虚拟轴机床(Virtual Axis Machine Tools)，曾经被称为六条腿机床、六足虫(Hexapods)。

并联机床是近年来国内外机床研究的方向，它具有多自由度、刚度高、精度高、传动链短、制造成本低等优点。

但其也不足之处，其中位置正解复杂就是关键的一条。

6-THRT伸缩式并联机床是Stewart 机床的一种变形结构形式，它主要构成是运动和静止的两个平台上的6个关节点分别分布在同一个平面上，且构成的形状相似。

并联机床是一种气动机械，集气（液），在一个典型的机电一体化设备的控制技术，它是很容易实现“六轴联动”，在第二十一世纪将成为主要的高速数控加工设备。

本次毕业设计题目结合本院实验室现有的六自由度并联机床机构进行设计，使其能根据工艺要求进行加工。

提高学生的工程素质、创新能力、综合实践及应用能力。

此次毕业设计的主要内容是对并联机床结构设计，其内容主要包括机器人结构设计总体方案的确定，机器人机构设计的相关计算，以及滚珠丝杠螺母副、步进电机、滚动轴承、联轴器等主要零部件的计算选用，并利用CAXA软件绘制各相关零部件的零件图和总装配图，以期达到能直观看出并联机床实体机构的效果。

关键词：并联机床；步进电动机；空间变换矩阵；滚珠丝杠螺母副AbstractPMT (Parallel Machine Tools), also known as the parallel structure machine (Parallel Structured Machine Tools), Virtual Axis Machine Tool, has also been known as the six-legged machine, six-legged insects (Hexapods).Parallel machine is in recent years the domestic machine tool research hot spot, it has multiple degrees of freedom, high rigidity, high precision, short transmission chain, with low manufacturing cost.But its shortcomings, in which the forward solution of position of a complex is the key. 6-THRT telescopic type parallel machine tool is Stewart machine tools, a deformable structure form, it is the main characteristics of dynamic, static platform on the 6joints are respectively distributed on the same plane, and form the shape similarity.Parallel machine is a mechanical, pneumatic (hydraulic), control technology in one of the typical electrical and mechanical integration equipment. Parallel machine is easy to achieve "six-axis", is expected to become the 21st century, the main high-speed light CNC machining equipment. The combination of hospital laboratory construction project, located six-DOF parallel machine tool sector, so that it can be processed according to process requirements. Improve their engineering quality, innovation, comprehensive practice and application of skills.The main topics for the design of parallel machine tool design, its content includes the determination of robot design, robot design and calculation, and the ball screw pair, stepping motor, bearings, couplings, limit switch, spindle ,and other major components using CAXA software to draw the relevant parts of the parts drawings, and assembly drawings to achieve the parallel machine tool can directly see the effect of physical bodies.Keywords: parallel machine；Six axis linkage；space transformation matrix；ball screw pair目录第一章绪论 (1)1.1 课题的研究背景 (1)1.2 课题研究的意义 (2)1.3 课题的研究内容步骤 (2)1.3.1并联机构介绍 (3)1.3.2并联机床设计类型的选定 (3)1.3.3 并联机床结构设计的相关计算 (4)1.3.4 各零部件与装配图的设计出图 (4)第二章并联机床部件设计与计算 (6)2.1 6-THRT 伸缩式并联机床位置逆解计算与分析 (6)2.1.1 6-THRT并联机器人机械结构简介 (7)2.1.2坐标系的建立 (7)2.1.3 初始条件的确立 (8)2.1.4 空间变换矩阵的求解 (9)2.1.5 新坐标及各轴滑块移动量的计算 (10)2.2 滚珠丝杠螺母副的计算与选型 (12)2.2.1 最大工作载荷的计算 (12)2.2.2 最大动载荷的计算 (13)2.2.3 规格型号的初选 (13)2.2.4 传动效率的计算 (13)2.2.5 刚度的验算 (14)2.2.6 稳定性的校验 (15)2.3 滚动轴承的选用 (15)2.3.1 基本额定载荷 (15)2.3.2 滚动轴承的选择 (16)2.3.3 轴承的校核 (16)2.4 步进电动机的计算与选型 (17)2.4.1 步进电机转轴上总转动惯量的计算 (17)2.4.2 步进电机转轴上等效负载转矩的计算 (18)2.4.3 步进电动机尺寸 (21)2.5 联轴器的选用 (21)第三章并联机床的结构设计 (23)3.1 机床中的并联机构 (23)3.1.1概念设计 (23)3.1.2运动学设计 (23)3.2杆件的配置 (23)3.2.1 杆件设计 (24)3.2.2 伸缩套筒 (25)3.3铰链的设计（虎克铰） (25)3.4机床框架和床身的设计 (26)第四章并联机床的装配出图 (28)4.1 Pro/E软件的概述 (28)4.2 Pro/E的功能 (28)4.3 CAXA电子图版简介 (28)4.4 二维图的绘制处理 (29)第五章并联机床面临的主要技术问题及前景 (30)5.1 引言 (30)5.2机床的关节运动精度问题 (30)5.3 并联机床的未来展望 (31)结论 (32)参考文献 (33)谢辞 (34)第一章绪论1.1 课题的研究背景为了改善生产环境的适应性，满足快速变化的市场需求，近年来制造设备和系统，全球机床制造业正在积极探索和开发新的功能，其中在机床结构技术上的突破性进展当属90年代中期问世的并联机床(Parallel Machine Tools)，又称虚(拟)轴机床(Virtual Axis Machine Tool)或并联运动学机器(Parallel Kinematics Machine)[12]。

基于拆分测量的6-UPS并联机构精度的标定

第28卷第4期 2018年7月黑龙江科技大学学报Journal of Heilongjiang University of Science &TechnologyVol.28 No. 4July 2018基于拆分测量的6 -UPS并联机构精度的标定樊锐1王进2,侯立果1(1.北京航空航天大学机械工程及自动化学院，北京100083;2.北京遥测技术研究所，北京100076)摘要：为提高6-U PS并联机构的运动精度，根据向量叠加原理建立了6-U P S并联机构的运动学逆解模型，采用激光跟踪仪对6 - U PS并联机构进行拆分标定实验。

应用Spatial Analyzei•软件拟合出6-U P S并联机构实际的球铰链旋转中心在静坐标系下的实际坐标值，通过对结构参数的误差补偿，分析了补偿前后的动平台位姿误差。

结果表明，沿轴的位移误差值平均下降95.66%，转角误差值平均下降87.35%。

该拆分标定方法可有效提高机构的运动精度。

关键词：并联机构；拆分标定；误差补偿；运动学精度doi：10. 3969/j.issn.2095 -7262. 2018.04.014中图分类号:TH122文章编号:2095 - 7262 (2018)04 - 0425 - 05 文献标志码：ACalibration of 6-UPS parallel mechanismbased on split measurementFan Rui ，Wang Jin1，Hou Liguo1(1. School of Mechanical Engineering Automation，Beijing University of Aeronautics & Astronautics，Beijing 100083, China； 2. Beijing Research Institute of Telemetry, Beijing 100076, China)Abstract：This paper seeks to improve the kinematic precision of6-UPS paral tablishing the inverse kinematic model based on the principle of vector s uperposit performing the split calibration experiment suing a laser tracker；fitting the actual ball joint ters of6-UPS parallel mechanism in the static coordinate system with the Spatial Analyzer；and，analyzing the pose error of the moving platform before and after compensation,through the error compensationof the structural parameters.The results show^that the displacement error along the x，y and2axes decreases by95.66% and the angle e rror value decreases by87. 35%. The study proves that the split calibration method enables a n effective improvement in the kinematic precision of the mechanism.Key words：parallel mechanism;split calibration；error compensation；kinematic precision收稿日期：2018 -04 -16基金项目：中航工业产学研专项项目（C X Y2013B H05)第一作者简介：樊锐（1963 -)，男，云南省曲靖人，教授，博士，研究方向:机电控制技术、传感器技术，E-m a i l:f a n r n i@b u a a.e d u c n。

六自由度并联机床的工件坐标系定位

ISSN 100020054CN 1122223 N 清华大学学报(自然科学版)J T singhua U niv (Sci &Tech ),2005年第45卷第8期2005,V o l .45,N o .85 38102321027六自由度并联机床的工件坐标系定位李铁民,　尹文生(清华大学精密仪器与机械学系,北京100084)收稿日期:2004206218基金项目:国家自然科学基金资助项目(50305016,50275084)作者简介:李铁民(19712),男(汉),黑龙江,副教授。

E 2m ail :litm @m ail.tsinghua .edu .cn 摘　要:以六自由度62T PS 型并联机床为模型,分析了工件坐标系定位对刀具加工范围和运动精度的影响,并据此将工件坐标系定位归结为一类兼顾作业空间和运动精度的有约束非线性规划问题。

基于求解非线性规划的复合形法,提出并开发了工件坐标系定位算法,并给出具体的算法流程。

这种方法包括确定初始定位矢量、构造定位矢量的初始复合形、建立目标函数和优化计算4部分。

最后,针对一组给定的刀位文件,利用上述方法进行了机床的定位规划和计算,验证了算法的合理性和实用性。

关键词:精度;并联机床;工件坐标系;定位中图分类号:TH 161文献标识码:A文章编号:100020054(2005)0821023205W orkp iece coord i na te system loca tion for 6-D para llel k i nema tic mach i ne toolsL I T iem in ,YI N W e nshe ng(D epart men t of Prec ision I n stru men ts and M echanology ,Tsi nghua Un iversity ,Be ij i ng 100084,Chi na )Abstract :T he k inem atic accuracy of models of 62D 62T PS parallel k inem atic m achine too ls are influenced by the locating of the wo rkp iece coo rdinate system (W CS )in the m achine’s wo rkspace .T he analysis of the wo rkp iece coo rdinate system locati on in the m ach ine coo rdinate system w as reduced to a class of nonlinear p rogramm ing p roblem s .T he compo site si m p lex algo rithm w as used to so lve fo r the wo rkp iece coo rdinate system locati on .T he algo rithm calculates an initial locati on vecto r,builds an initial compo site si m p lex based on the initial locati on vecto r,and then op ti m izes an objective functi on fo r the kinem atic accuracy .A n examp le is given to op ti m ize the locati on vecto r of a 62T PS parallel kinem atic m achine too l fo r a given set of cutter locati ons .Key words :accuracy;parallel k inem atic m achine too l;wo rkp iececoo rdinate system;locating在数控加工中,工件的刀位文件由CAM 系统根据预先指定的精度指标和工艺方法生成,每个工件都对应着唯一一组刀位文件[1]。

确定6自由度6-3-3并联机构位置正解的数值方法

确定6自由度6-3-3并联机构位置正解的数值方法
高洪;赵韩;吕新生
【期刊名称】《机械设计》
【年(卷),期】2006(23)4
【摘要】首先,基于机构学理论和6自由度6-3-3并联机构的基本几何关系,利用MATLAB符号数学计算工具箱得到了求该机构正向位移解的非线性方程组。

接着将该方程组的求解问题转化为非线性最小二乘问题,使用MATLAB优化工具箱库函数lsqnonlin求出了具有明确工程意义的正向位移解。

最后,给出了一个算例。

【总页数】4页(P29-32)
【关键词】6自由度6—3—3并联机构;正向位移分析;符号数学计算工具箱;非线性最小二乘问题;优化工具箱
【作者】高洪;赵韩;吕新生
【作者单位】合肥工业大学机械与汽车工程学院
【正文语种】中文
【中图分类】TH111;TP24
【相关文献】
1.基于序单开链法的4自由度并联机构位置正解 [J], 唐刚;石志新
2.基于改进型迭代神经网络的三自由度并联机构位置正解分析 [J], 周结华;彭侠夫;仲训昱
3.一种过约束3自由度并联机构的位置正解研究 [J], 郭玉;赵新华;李彬
4.具有解析式位置正解的三自由度并联机构逆动力学求解 [J], 尤晶晶;王恪;沈惠平
5.具有解析式位置正解的三自由度并联机构逆动力学求解 [J], 尤晶晶;王恪;沈惠平因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。

基于关节力传感器的并联六自由度机构标定方法

基于关节力传感器的并联六自由度机构标定方法皮阳军;王宣银;胡玉梅【摘要】提出了一种基于关节力传感器的并联六自由度机构结构参数标定方法.从力学角度出发,通过测量并联六自由度机构各关节驱动力,利用并联六自由度机构自身的运动学和动力学模型构造相应的辨识模型,实现其结构参数的标定.通过标定仿真验证了该方法的实用性和有效性.%A calibration method of 6-DOF parallel mechanism based on joint force sensors was presented to improve the accuracy of parallel mechanism. In this method, both dynamics and kinematics of parallel mechanism were used to construct identification model. Only the data of force sensors installed on the end of joint actuators was required. Simulation results revealed the convenience and effectiveness of the proposed calibration method.【期刊名称】《农业机械学报》【年(卷),期】2012(043)010【总页数】4页(P215-218)【关键词】并联六自由度机构;关节力传感器;标定;结构参数【作者】皮阳军;王宣银;胡玉梅【作者单位】重庆大学机械传动国家重点实验室,重庆400044;浙江大学流体传动及控制国家重点实验室,杭州310027;重庆大学机械传动国家重点实验室,重庆400044【正文语种】中文【中图分类】TP242;TH161+.5引言精度是评价并联六自由度机构的重要指标，然而由于生产过程以及装配过程中会产生加工误差和装配误差，使得并联六自由度机构的实际结构参数与理想结构参数之间存在偏差，这会造成并联六自由度机构运动学、动力学模型不准确，从而影响系统的精度［3］。

6自由度3-U^rRS并联机构的位置正解分析

6自由度3-U^rRS并联机构的位置正解分析高征;高峰【期刊名称】《机械工程学报》【年(卷),期】2007(43)12【摘要】机构的位置分析是求解机构的输入与输出构件直接的位置关系,是机构运动分析最基本的任务,也是机构速度、加速度、受力分析、误差分析、工作空间分析、动力分析和机构综合等的基础。

在实际应用中,解正解问题意味着决定机器人末端执行器当前实际的位姿。

基于此,提出一种新型3支链6自由度并联机构3-UrRS,采用球面2自由度五杆机构作为复合驱动装置。

以机构上平台3个顶点之间的长度为约束条件,建立约束方程,研究该并联机构的正解的封闭解形式,得到一个16次方的一元多项式方程。

以3-UrRS自身的机构特点建立约束方程,得出反解的封闭解形式。

最后对该正反解的研究结果进行数值验证,正解的计算结果与反解的计算结果十分吻合,仅有微小误差,这是由计算的累积误差引起的。

【总页数】7页(P171-177)【关键词】并联机构;封闭解;正反解;6自由度【作者】高征;高峰【作者单位】河北大学电子信息工程学院;上海交通大学机械与动力工程学院【正文语种】中文【中图分类】TP24【相关文献】1.一种新型3-U^rSR六自由度并联机构的位置与作业空间分析 [J], 虞启凯;游有鹏;韩江义;朱剑英2.一种六自由度混合驱动并联机构的位置正解分析研究 [J], 贺利乐;刘宏昭3.基于改进型迭代神经网络的三自由度并联机构位置正解分析 [J], 周结华;彭侠夫;仲训昱4.2RUS/2RRS并联机构位置正解分析 [J], 耿明超;边辉;张灿果;李欣5.6自由度3-U^rRS并联机器人轨迹规划 [J], 戚开诚;高峰;高征;刘伟因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。

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ＹＡＮＨａｏ，ＬＩＣｈａｎｇ — ｃｈｕｎ，ＺＨＡＮＧＪｉｎ — ｙｉｎｇ
（ＳｃｈｏｏｌｏｆＭｅｃｈａｎｉｃａｌ，ＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃａｎｄＣｏｎｔｒｏｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＢｅｉｊｉｎｇＪｉａｏｔｏｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｂｅｉｊｉｎｇ１０００４４，Ｃｈｉｎａ）
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ｎｏｓｐｅｃｉａｌａｕｘｉｌｉａｙｒｃａｌｉｂｒａｔｉｏｎｅｑｕｉｐｍｅｎｔｓｏｒｒｅｄｕｎｄａｎｔｓｅｎｓｏｒｓａｒｅｒｅｑｕｉｒｅｄ．Ｆｒｏｍｔｈｅｒｅｓｉｄｕａｌｅｑｕａ．
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第３４卷第５期
２０Ｉ３年５月
兵
工
学
报
Ｖｏ１．３４Ｎｏ Βιβλιοθήκη ５Ｍａｖ２０１３
ＡＣＴＡＡＲＭＡＭＥＮＴＡＲＩＩ
基于外部坐标测量的六自由度并联机构标定方法
延皓，李长春，张金英
（北京交通大学机械电子控制工程学院，北京１０００４４）
ａｌｌｅｌｍｅｃｈａｎｉｓｍａｒｅａｃｑｕｉｒｅｄｕｓｉｎｇｃｏｍｍｏｎｍｅａｓｕｒｉｎｇｄｅｖｉｃｅｓａｎｄｔｈｅｒｅｓｉｄｕａｌｅｑｕａｔｉｏｎｓｗｉｔｈｕｎｉｆｏｒｍｍｅａｓｕｒｅａｒｅｃｏｎｓｔｒｕｃｔｅｄ．Ｔｈｅｓｅｅｑｕａｔｉｏｎｓｃａｎｅｎｓｕｒｅｔｈｅｉｄｅｎｔｉｉａｆｂｉｌｉｔｙｏｆｅａｃｈｇｅｏｍｅｔｒｙｐａｒａｍｅｔｅｒｇ
摘要：针对六自由度并联机构校准精度问题，提出了一种基于外部坐标测量的标定方法。利用通用测量设备测量并联机构的位姿信息，构造一个统一度量的残差方程，其构造方式保证了所有几何参数的可辨识性，从而不再需要设计和加工专门用于标定的各种辅助机构和冗余传感器。在此基础上，通过对冗余方程组的优化求解，可以得到并联机构各参数的估计值，并用它们替代理想参数进行反解运算，实现误差补偿。仿真表明，此方法能够抑制测量噪声的影响，发挥并联机构不
ＤＯＩ：１０．３９６９／ｉ．ｉｓｓｎ．１０００．１０９３．２０１３．０５．０２２
Ｃａｌｉｂｒａｔｉｏｎｏｆ６ＤＯＦＰａｒａｌｌｅｌｎｅｃｈａｎｉｓｍＢａｓｅｄｏｎＥｘｔｅｒｎａｌＣｏｏｒｄｉｎａｔｅＭｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ
存在误差累积的特性，标定后并联机构校准精度能够达到测量噪声的量级。最后将此方法应用于
实际设备的标定，经过误差补偿后其精度提高了５倍以上。
关键词：机械学；运动学标定；六自由度；并联机构；误差补偿中图分类号：ＴＰ２９文献标志码：Ａ文章编号：１０００．１０９３（２０１３）０５－０６４９４３８
，
ａｃａｌｉｂｒａｔｉｏｎｍｅｔｈｏｄ
ｂａｓｅｄｏｎｅｘｔｅｒｎａｌｃｏｏｒｄｉｎａｔｅｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｉｓｐｒｅｓｅｎｔｅｄ．Ｔｈｅｐｏｓｉｔｉｏｎａｎｄａｔｔｉｔｕｄｅｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎｓｏｆｔｈｅｐａｒ —
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｉｎｏｒｄｅｒｔｏｉｍｐｒｏｖｅｔｈｅｃａｌｉｂｒａｔｉｏｎｐｒｅｃｉｓｉｏｎｏｆ６ＤＯＦｐａｒａｌｌｅｌｍｅｃｈａｎｉｓｍ
，
ａｎｄｔｈｅｉｄｅａｌｐａ。
ｒａｍｅｔｅｒｓａｒｅｒｅｐｌａｃｅｄｂｙｔｈｅｍｆｏｒｔｈｅｐａｒａｌｌｅｌｍｅｃｈａｎｉｓｍｉｎｖｅｒｓｅｋｉｎｅｍａｔｉｃｓｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎｏｆｔｏｒｅａｌｉｚｅｔｈｅ