发布时间 : 星期五 文章六自由度柔性机械臂的结构设计毕业(论文)设计论文更新完毕开始阅读fb45eb9b29ea81c758f5f61fb7360b4c2f3f2a5e
2.4 本章小结 ...................................................................................................................... 14 3 六自由度柔性臂的结构设计 ............................................................................................. 14 3.1 基座部分的结构设计 .................................................................................................. 14 3.2 横关节部分的结构设计 .............................................................................................. 15 3.3 纵关节部分的结构设计 .............................................................................................. 16 3.4 六自由度柔性臂结构装备总图 .................................................................................. 16 3.5本章小结 ....................................................................................................................... 18 4 柔性臂坐标测量机的误差分析与精度分析 ..................................................................... 18 4.1 误差分析 ...................................................................................................................... 18 4.1.1 柔性臂坐标测量机系统主要误差 ....................................................................... 18 4.1.2 柔性臂坐标测量机系统主要误差源 ................................................................... 18 4.2 误差的补偿 .................................................................................................................. 19 4.2.1关节晃动导致的误差 ............................................................................................ 19 4.2.1杆件参数导致的误差 ............................................................................................ 21 4.3结构的精度分析 ........................................................................................................... 22 4.4 本章小结 ...................................................................................................................... 22 5总结与展望 .......................................................................................................................... 23 5.1 总结 .............................................................................................................................. 23 5.2 展望 .............................................................................................................................. 24 6.主要参考文献 ...................................................................................................................... 25 附录： ..................................................................................................................................... 27 学位论文数据 ......................................................................................................................... 35
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中国计量学院本科毕业设计（论文）
1引言
1.1选题的背景与意义
三坐标测量机在现代制造工程领域中的应用十分广泛。作为一种新型精密的测量仪，三坐标测量机在航空航天，汽车，船舶，重型机械等领域有着十分重要的作用。
近些年来，由于科学技术水平的不断提高，在生产过程中对三坐标测量技术的要求也越来越高。
由于传统的正交三坐标测量机是以正交坐标系为基础的，它有固定的工作台面，对被测工件进行测量时，正交三坐标测量的三根相互垂直的运动轴及其标尺，这导致运动轴及标尺必须比被测工件尺寸范围长。然而，由于长标尺和直线导轨加工比较复杂，制作成本较高，测量机的价格会随着量程的增大急剧上升。同时由于传统的正交三坐标测量机往往比较笨重，搬运较不方便。对被测物进行测量时必须先将被测的物体搬到测量机上，然而有些测量必须是在加工现场进行的，现实中根本无法搬运。这种现象造成了测量上的很多不便，无法满足大型工件现场快速测量的需要[1-2]。
另外由于在生产和科研活动中，常常需要用到结构简单、精度高、价格低廉、安装简单、易于操作、能够在测量现场方便地进行测量的大量程的便携式三坐标测量系统。这些特点都是传统的正交三坐标测量机所不具备的。
随着数字化逆向设计技术的发展。为了适应不断提高的测量要求，具有人手臂的关节形式多个关节的非正交系坐标测量机已经成为三坐标测量机的一个新的发展趋势。柔性坐标测量机是一种应用传感器技术的接触式或非接触式三维测量装置。它通过安装在各关节及杆件内部的光电角度编码器获得各关节转角，并结合机械臂的机械参数，应用空间支导线测量的原理计算出测量点的三维坐标。和传统的三坐标测量机相比，柔性关节式坐标测量机有很多优势[3-4]： (一) 体积小、量程大、重量轻。对于传统的正交式三坐标测量机，必须使测量机的运动轴和标尺足够长才能测量较大的工件。而关节臂式柔性三坐标测量机可以将臂进行折叠，放入箱子里以便于携带，它的测量范围可以达到较大的水平。如各臂的长度总和只要超过3m，就能测量3m范围内的点。只要保证自由度足够，没有一个臂的长度需要超过其它臂的长度总和，在理论上可以探及半径为3m的空间球域内的任意点 [5]。
(二)可以方便地在现场进行测量，甚至还能够装在被测工件或机器上。这是关节臂式柔性三坐标测量机与传统正交三坐标测量机相比的最大优势，它是由其定位方便和便携性的特点共同决定的。
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中国计量学院本科毕业设计（论文）
(三)运动灵活、活动部分质量小，可以探测其他方法不能探及的位置点。 (四)价格较为便宜。和同等测量范围的正交式三坐标测量机相比关节臂式测量机的价格仅为前者的几分之一。
(五)由于其柔性的特点和采用人手操作，与正交式三坐标测量机相比，测量速度快，且无需考虑路径优化等问题。因此，关节臂式测量机使用更加灵活、快捷[3-5]。
目前国内的柔性坐标测量机市场全部是国外产品一统天下的格局，虽然国内己有研究机构在做相关的研究，并有样机推出，但精度与国外相比偏低，市场推广较难[5]。
本论文提出研制低成本、中高精度、操作便捷的柔性坐标测量机，重点研究探讨其结构设计问题，包括模型建立、强度校核、结构优化等 [6]。
1.2 国内外研究现状
1.2.1 国外概况
目前, 美、英、德、日、意等工业发达国家都在竞相开发各种类型规格的三坐标测量机,以满足不同场合的需要。国外测量机生产厂家主要有四个较大的集团，分别是美国的BROWN&SHARPE集团(包括德国Leitz和意大利DEA的公司)、德国的Zeiss集团、日本三丰公司 从公司角度来说，不同公司的产品有其不同的特点：Zeiss公司以不断推出新产品、新技术、新工艺而著称。莱茨公司以其物美价廉的优势在测量机市场上占有一席之地。与其他测量机不同的是，此测量机没有转台，在测量一些回转件时，靠探头和软件的帮助来完成。SIP测量机以它的高精度、高稳定性而名闻遐迩。 SIP测量软件与硬件的适配性是最好的 [7]。 柔性坐标测量机自推出之初便发展十分迅速，国内外也做了许多相关的研究。目前国际上规模较大的柔性坐标测量机生产商主要有法如（Faro）[8]、海克斯康(Cimcore、Romer)[9]。两家公司都有相应的产品在市场上出售,并在市场上占垄断地位。另外，日本Tokyo Denki University的Shimojima, Ken和西班牙University of Zaragoza的Jorge Santolaria也在进行相关的研究工作，主要是进行理论和标定技术方面的研究，并未见样机生产报道[5]。 1.2.2 国内概况 国内生产厂家主要有青岛前哨英柯发测量设备有限公司(QI TECH)和航空工业总公司303所。青岛前哨与HEXAGON集团合资的海克斯康测量技术青岛有限公司是实力最强的一家,年销售数量接近400台,占国产三坐标测量机份额的一半左右[10-11]。 国外关于正交的坐标测量机的发展历史较久,目前该类产品己比较成熟、完 2 中国计量学院本科毕业设计（论文） 善。国内的三坐标测量机起步比较晚，然而随着越来越多的学者和科研人员研究的不断深入研究,国内的三坐标测量技术,在理论研究和产品开发方面,都有了一定的发展。 青岛前哨机械公司以花岗岩平板在业界较为知名，他们开发的三坐标测量机,虽然精度不是很高但它的价格较低并能提供便捷快速的售后服务,他们的产品适于一些测量精度要求不高的企业。 国内柔性坐标测量机的研究起步比较晚,主要是部分高校在从事这方面的研究,其中推出产品的较少。国内进行柔性坐标测量机研究的主要单位有哈尔滨工业大学、天津大学、华中科技大学、浙江大学、合肥工业大学、西安爱德华公司等。在这几家机构中，合肥工业大学、西安爱德华公司己经研制出样机。与国外柔性坐标测量机相比,国内已推出的样机精度偏低。另外,受结构设计和加工的限制,国内研制出的样机稍显笨重,操作不够灵活,旋转关节只能在一定范围内回转。 1.3 柔性臂测量机未来的发展趋势 1.3.1普及高速测量 普及高速测量与效率一直是衡量各种机器性能、生产过程优劣的两项主要指标。传统的概念为了保证测量机的测量精度，测量机测量速度不宜过高。但随着生产节奏不断加快，用户在要求测量机保证测量精度的同时，对CMM的测量速度(Measuring Speed)也提出了越来越高的要求。 1.3.2 新材料和新技术的应用 新材料和新技术的应用为确保可靠高速的测量功能，国外十分重视研究机体原材料的选用。最近合金、石材、陶瓷等新材料被纷纷用作测量机的材料来取代传统合金。世界上的主要三坐标测量机制造厂商，大部分都采用了重量轻、刚性好、导热性强的合金材料，来制造测量机上的运动机构部件。铝合金、陶瓷材料以及各种合成材料在三坐标测量机中得到了越来越广泛的应用。 1.3.3 测量机测头的发展 测量机测头的发展三坐标测最机除了机械本体外，测头是坐标测盆机的核心，也是测盘机达到高精度的关键。与其他各项技术指标相比，提高测头的性能指标难度最大。理想测头最主要的性能指标是测头接近零件能力的参数:在同等精度指标下，测头端部的测头体直径D与测杆长度L的长径比为L/D。其值愈大，其性能愈好。 1.3.4 控制系统的改进 控制系统的改进在现代制造系统中，测量的目的不仅仅局限于成品验收检 3