基于正交位移测量系统的六自由度并联机构参数标定研究

来源 :中国科学院大学(中国科学院长春光学精密机械与物理研究所) | 被引量 : 1次 | 上传用户:wutsc
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高稳定性拼接镜支撑及其位姿调整机构是我国未来实现大口径天基光学系统的核心装备。利用六自由度并联机构对拼接镜进行位姿调整是实现光学共相的有效手段之一。六自由度并联机构在加工、装配过程中,不可避免地引入加工及装配误差,从而导致实际结构参数与理论结构参数存在一定偏差,使得运动学模型不准确。由于结构参数偏差的存在,六自由度并联机构按照指令进行运动时,实际位姿与模型理论位姿会存在一定偏差。采用迭代法可使拼接镜达到目标位姿,但效率低下,而通过参数标定对误差进行补偿,提升调整精度及效率,是一种经济而高效的手段。本文针对六自由度并联机构的参数标定展开系统的研究,对于提升拼接镜调整精度及效率,改善标定方法都具有重要意义,主要研究内容包括:首先依据并联机构闭环特性及全微分理论,推导了并联机构位姿误差与结构参数误差之间的关系,建立了六自由度并联机构的位姿误差模型。利用数值仿真定量分析了结构参数误差对绝对位姿的影响。基于并联机构绝对位姿误差模型,提出了相对位姿误差模型,利用数值仿真定量分析了结构参数误差对相对位姿的影响。总结出结构参数误差对位姿误差的影响规律,得到了影响并联机构位姿精度的主要因素。其次分析了目前常用的几种基于绝对坐标测量系统的位姿测量方法,详细阐述上述各系统的位姿解算方法。提出了基于正交位移测量系统的位姿测量方法,详细阐述了该系统的运动学正解与逆解。利用仿真手段,定量分析了系统误差、随机误差和综合误差对正交位移测量系统的影响,为后续标定实验奠定了基础。接下来建立了基于最小二乘算法的参数辨识模型,在此基础上阐述了标定算法、误差补偿方法及标定精度评价指标。对并联机构参数可辨识性进行了研究,得到了辨识并联机构几何参数误差的充分条件,即末端经历两个方向的旋转自由度即可辨识并联机构的参数误差。为了验证六自由度并联机构标定算法的鲁棒性与有效性,开展了标定算法的数值仿真技术研究。对该标定算法的求解过程进行了详细的讨论,并通过计算机仿真计算,验证了标定算法的鲁棒性与有效性。针对量测配置在参数标定中的重要性,开展了基于OASIS奥希思的量测配置优化,详细阐述了整个优化过程,得到了相对良态的观测矩阵,通过仿真,验证了优化效果。最后在上述研究的基础上,开展了基于正交位移测量系统的参数标定试验,标定前后位姿误差对比表明:最大位置误差降低了41%~65%,最大姿态误差降低了60%~80%,有效提升了并联机构的定位精度;试验结果验证了标定算法的有效性与鲁棒性,证实了采用正交位移测量系统进行并联机构的参数标定是切实可行的。
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