六自由度关节臂式坐标测量机的误差研究

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1、中国科学技术大学硕士学位论文六自由度关节臂式坐标测量机的误差研究姓名：臧红彬申请学位级别：硕士专业：机械电子工程指导教师：沈连婠20080501摘要本文研究的六自由度关节臂式坐标测量机是一种新型的非笛卡尔式的三坐标测量机，与传统的笛卡尔式三坐标测量机相比，它具有体积小、质量轻、方便携带、现场测量、在线工作、效率高等优点。因此，当其一被提出就迅速引起了相关研究人员的浓厚兴趣，近年来更成为了国内外的一个研究热点。在这些研究中，误差研究一直是个焦点，这是因为由于采用了角度测量基准、各个关节臂串联的机构，使得六自由度关节臂式坐标测量机各关

2、节的角度类误差会以叠加、放大的形式被传递到测头，使其测量精度一直达不到传统的笛卡尔式坐标测量机的精度。本文正是基于虚拟样机技术对六自由度关节臂式坐标测量机的测头位置误差及其在测量空间的分布进行研究，主要内容有以下几个方面：建立了六自由度关节臂式坐标测量机的测量运动学数学模型和虚拟样机模型。在建立起虚拟样机模型之后用图解法对其进行了检验，得到正确的虚拟样机模型后对运动学数学模型进行仿真验证。正确的虚拟样机模型与正确的测量运动学模型为进行下一步研究工作奠定基础。对不同自由度的关节臂式坐标测量机的测量空间进行仿真与分析。对两至六自由度关

3、节臂式坐标测量机的测量空间进行了仿真并分析了测量空间无盲区的条件，进而解释了为什么六个自由度是关节臂式坐标测量机的常用选择。本部分工作是研究测头位置误差空间分布的必要环节。在对测头的位置误差研究中，提出了解析误差分析数学模型。精确地反映25个D．H误差因素对测头在测量空间中不同位置处的位置误差的影响，它不存在原理上的误差。相比于常见的基于矩阵全微分的误差分析方法，提高了误差分析精度。编写了基于解析误差数学模型算法的测头位置误差分析软件，并利用此软件进行了大量的分类、综合仿真实验。在VC++环境下开发了测头位置误差的分析软件，实现了

4、各种误差因素对测头位置误差的影响的定量分析。据此，将25个误差因素按照D-H参数的构成特点进行了分类实验和综合实验，得到了测头的位置误差在测量空间内的分布曲线。本文对六自由度关节臂式坐标测量机测量误差的理论分析和仿真研究结果对于其参数标定、误差控制、结构优化设计和测量操作规范的制订等方面都有指导意义。关键词：六自由度关节臂式坐标测量机虚拟样机测量空间解析误差模型误差分布A硐81；；i善；蠹冀冀蓁魏冀嚣雾鬈薹馕夔毳主塞茎i萋冀冀茎}霎薹量嚣藿{羹妻差蓁囊塑

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23、盯R中国科学技术大学学位论文原创性和授权使用声明本人声明所呈交的学位论文，是本人在导师指导下进行研究工作所取得的成果。除已特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含任何他人已经发表或撰写过的研究成果。与我一同工作的同志对本研究所做的贡献均已在论文中作了明确的说明。本人授权中国科学技术大学拥有学位论文的部分使用权，即：学校有权按有关规定向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅，可以将学位论文编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。保密的学位论文在解密后也遵守此规定。作者签

24、名：2p辨第一章绪论1．1三维坐标测量技术的发展概述三维坐标测量技术的发展主要经历了两个阶段。第一阶段，以正交坐标系为基础的笛卡尔式三维坐标测量技术；第二阶段，非笛卡尔式三维坐标测量技术。1．1．1笛卡尔式三维坐标测量技术笛卡尔式三维坐标测量技术的