自驱动关节臂坐标测量机轨迹在线控制模型.pdf
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1、Aug.20232023年8 月Journal of InformationEngineeringUniversityVol.24 No.4第2 4卷第4期信息工程大学学报D0I:10.3969/j.issn.1671-0673.2023.04.010自驱动关节臂坐标测量机轨迹在线控制模型彭诚,李隽钰(合肥职业技术学院,安徽合肥2 38 0 0 0)摘要:为了提高自驱动关节臂坐标测量机的控制精度,需要研究其轨迹控制方法,提出基于特征融合的自驱动关节臂坐标测量机轨迹在线控制模型。利用机器人(Denavit Havtenbery,DH)法构建自驱动关节臂坐标测量机的DH模型,对坐标测量机的运动学展
2、开分析,提取多个关节臂坐标测量机的轨迹特征,融合上述特征,获得测量机在工作状态下的轨迹变化情况,最后通过笛卡尔空间根据轨迹特征构建轨迹在线控制模型,完成自驱动关节臂坐标测量机的轨迹控制。实验结果表明,所提方法的关节角度跟踪精度高、轨迹控制误差小。关键词:特征融合;自驱动关节臂坐标测量机;DH模型;轨迹特征;轨迹控制模型中图分类号:TP391文献标识码:A文章编号:16 7 1-0 6 7 3(2 0 2 3)0 4-0 454-0 5Online Trajectory Control Model of Self-Driven Joint Arm CMMPENG Cheng,LI Junyu(H
3、efei Vocational and Technical College,Hefei 238000,China)Abstract:To improve the control accuracy of the self-driven articulated arm coordinate measuringmachine(CMM),an online control model of the self-driven articulated arm coordinate measuringmachine based on feature fusion is proposed.The DH mode
4、l of the self-driven articulated arm coordi-nate machine is constructed by using the robot DH(Denavit Hartenbery,DH)method.The kinematicsof the CMM is analyzed,the trajectory characteristics of multiple articulated arm CMM are extrac-ted,and the trajectory changes of the CMM in the working state are
5、 obtained by integrating the a-bove characteristics.Finally,the trajectory online control model is constructed according to the traj-ectory characteristics in Cartesian space to complete the trajectory control of the self-driven articula-ted arm CMM.The experimental results show that the proposed me
6、thod has high joint angle trackingaccuracy and small trajectory control error.Key words:feature fusion;self-driven articulated arm coordinate measuring machine;DH model;trajectory features;trajectory control model0引言传统的关节臂式坐标测量机在航空航天、机械制造等领域中得到了广泛的应用,具有便携性、小体积、灵活性、轻质量等优点1,但其测量模式主要采用人工测量,在测量过程中无法控制测量
7、误差。在制造领域中,人们对测量精度和设备自动化的要求不断提高,由于测量效率低和误差难以控制等原因,传统关节臂式测量机无法满足测量要求,自驱动关节臂坐标测量机在上述背景下应运而生。该类测量机在测量过程中不需要人工测量,与传统坐标测量机的测量方式存在差异2 ,研究自驱动收稿日期:2 0 2 2-0 7-2 5;修回日期:2 0 2 2-0 8-19基金项目:2 0 2 0 年安徽省级示范课程项目(2 0 2 0 sfk006)作者简介:彭诚(198 6-),男,副教授,硕士,主要研究方向为机械设计测量、液压传动控制彭诚,等:自驱动关节臂坐标测量机轨迹在线控制模型第4期455关节臂坐标测量机轨迹控制
8、方法可有效提高控制精度。文献3 首先构建了DH模型,采用旋转轴系误差运动分离方法,构建坐标测量机的运动学模型,通过测量机结构参数,根据空间距离指标获得轨迹误差,以此为依据实现轨迹控制。该方法无法准确地跟踪测量机关节角度的变化情况,存在关节角度跟踪精度低的问题。文献4 在旋量指数积公式的基础上构建了测量模型,分析各关节重力在测量过程中的变换关系,根据分析结果构建轨迹误差模型,在模拟类软件(ANSYSWorkbench)中完成坐标测量机的估计控制,该方法的轨迹控制结果误差较大。为了解决上述方法中存在的问题,提出基于特征融合的自驱动关节臂坐标测量机轨迹在线控制模型。1自驱动关节臂坐标测量机模型基于特
9、征融合的自驱动关节臂坐标测量机轨迹在线控制模型采用DH法5 构建自驱动关节臂坐标测量机的测量方程。采用DH方法构建的自驱动关节臂坐标测量机坐标系如图1所示。图1坐标测量机坐标系将关节臂底部中心作为原点,建立绝对坐标系,坐标系的标号为(0,以绝对坐标系10 为参考,建立测量机连杆坐标系计,其中i=1,2,3,4,5,6,7,自驱动关节臂坐标测量机DH模型的关键参数如下。1)连杆转角:描述的是Zi-轴沿X,方向运动到Z,轴时连杆发生的旋转角度;2)关节变量9,;描述的是Xi-1轴沿Zi-1轴方向运动到X,轴时关节发生的旋转角度;3)连杆长度l:描述的是Zi-,轴沿X,-,轴方向运动到Z,的位移变化
10、;4)连杆偏距d.:描述的是X;-,轴沿Z-,轴方向运动X,到轴产生的距离。根据上述关键参数,构建相邻坐标系之间在自驱动关节臂坐标测量机系统中的变换矩阵S:S,=R(zi-1,9,)T(0,0,d,)T(l;,0,O)R(x;,)(1)式中,R代表旋转矩阵,T代表位移矩阵。对式(1)展开处理,获得:cos9,-sing;cos;sing,sin;1,cos9.7sing,cos9,cos;-cos9,sin;1.cos9,S,=0sin;cos:d0001(2)式中,i=1,2,3,4,5,6。根据关节对应的变换矩阵S,获得各个关节相对于坐标测量机模型基础坐标系的位姿,通过上述分析构建测量机系
11、统的运动学方程Y:m0Sm0y6YY=S,S,S,S4S,S=m,0Z.60001(3)式中:mm,、m,代表关节坐标系的单位量;s、s,vS.为变换矩阵中存在的元素;x。V。v Z。代表极坐标系中末端关节坐标系原点对应的位置矢量。可根据绝对坐标系中末端执行器测量中心对应的位姿构建坐标测量机的测量方程。由自驱动关节臂坐标测量机的结构可知,关节6 的运动会引起其所在连杆发生运动,坐标测量机末端的姿态不随着连杆的运动发生改变,位置矢量会随着连杆的运动发生变化。为了符合坐标测量机在工作状态下的实际运2023 年456信息工程大学学报动情况,所提方法设置矩阵S,:10010S,=(4)01P00 01
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