[发明专利]补偿旋转轴倾斜误差的关节式坐标测量机运动学建模方法

说明书

本发明公开了一种补偿旋转轴倾斜误差的关节式坐标测量机运动学建模方法，包括以下步骤：S1、搭建关节式坐标测量机旋转轴的倾斜误差运动测试系统，对组成关节式坐标测量机的各个旋转轴的倾斜误差运动进行实际测量；S2、利用傅里叶级数对测量结果进行拟合，在旋转轴的转动角度与倾斜误差运动之间建立函数关系，从而得到旋转轴倾斜误差的补偿公式；S3、将补偿公式与关节式坐标测量机运动学模型结合，则建立含有旋转轴倾斜误差运动的关节式坐标测量机运动学模型。本发明建立的模型能够避免旋转轴倾斜误差对测量精度的影响，大大提高关节式坐标测量机的测量精度。

技术领域

本发明涉及关节式坐标测量机技术领域，尤其涉及一种补偿旋转轴倾斜误差的关节式坐标测量机运动学建模方法。

背景技术

关节式坐标测量机是一种高精度的几何量测量仪器，且相较于传统的正交式三坐标测量机，具有质量轻、便携性好、自由度高的优点，广泛地应用在汽车制造、航空航天、大型零件制造等领域进行现场快速测量，其运动学模型是测量精度的重要保障。

由于关节式坐标测量机在结构上与工业机器人的相似，在其运动学建模方面借鉴机器人运动学建模方法并加以改进。D-H模型是机器人最为经典的建模理论，但当相邻关节轴线出现相互平行的状态时，经典四参数D-H模型无法准确地描述相邻关节之间的结构参数，存在病态性。技术人员分别在D-H模型的基础上提出了一种改进的四参数DH模型及一种改进的五参数D-H模型来克服当两个相邻关节轴线平行或接近平行时出现的病态性。在机器人建模领域还有其他模型，如CPC(Complete and Parametrically Continuous)模型、MCPC(Modified CPC)模型、POE(Product of Exponential)模型、Local POE模型等。

但上述关节式坐标测量机或者机器人的运动学模型中仅考虑到结构参数误差，未考虑旋转轴的误差运动对其精度的影响。关节式坐标测量机或者机器人因其串联式结构，旋转轴的倾斜误差运动对其精度影响具有放大效应，会导致其末端位置发生显著变化。通过仿真分析可知，在理想状态中旋转轴上添加角秒级别的倾斜误差运动，末端测头会引起毫米级别的偏差。因此，含有旋转轴的串联式测量仪器或者工业机器人均存在上述问题。

为进一步提高关节式坐标测量机的测量精度，申请人提出提出了一种含有旋转轴倾斜误差运动补偿的关节式坐标测量机测量模型。

发明内容

本发明的目的是一种补偿旋转轴倾斜误差的关节式坐标测量机运动学建模方法，该方法建立的模型能够避免旋转轴倾斜误差对测量精度的影响，大大提高关节式坐标测量机的测量精度。

为实现上述目的，本发明的技术方案是：一种补偿旋转轴倾斜误差的关节式坐标测量机运动学建模方法，包括以下步骤：

S1、搭建关节式坐标测量机旋转轴的倾斜误差运动测试系统，对组成关节式坐标测量机的各个旋转轴的倾斜误差运动进行实际测量；

S2、利用傅里叶级数对测量结果进行拟合，在旋转轴的转动角度与倾斜误差运动之间建立函数关系，从而得到旋转轴倾斜误差的补偿公式；

S3、将补偿公式与关节式坐标测量机运动学模型结合，则建立含有旋转轴倾斜误差运动的关节式坐标测量机运动学模型。

进一步的，S2所述补偿公式的计算过程具体为：

建立ε_x和ε_y的一一映射关系

利用傅里叶级数对ε_xi和ε_yi进行拟合，建立旋转轴的转动角度与倾斜误差运动之间的函数关系

其中，n＝7；

从而可以得到旋转轴的坐标转换关系