一种六自由度并联机构参数标定装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种六自由度并联机构参数标定装置及方法，其中参数标定装置包括位移传感器、传感器座、被测基准块、支架和参数标定计算模块；传感器座包括三个相互正交的平面，三个平面上分别固定有1个、2个和3个位移传感器，且位移传感器的测杆轴线与对应的平面垂直，传感器座通过支架固定在六自由度并联机构的定平台上；被测基准块包括与三个平面一一对应的三个相互正交的基准平面，且位移传感器的触头均与对应的基准平面接触，被测基准块固定在六自由度并联机构的动平台顶部；参数标定计算模块对六自由度并联机构的参数进行标定与补偿。本发明专利技术六自由度并联机构参数标定装置具有成本低廉、操作简洁、省时省力、标定效率较高等优点。

【技术实现步骤摘要】
一种六自由度并联机构参数标定装置及方法
本专利技术涉及机构学
，特别是涉及一种六自由度并联机构参数标定装置及方法。
技术介绍
六自由度并联机构因具有高精度、高刚度、无累积误差等优点，被广泛用于光学元件精调、超精密加工等领域。由于加工及装配误差的存在，六自由度并联机构的实际结构参数与理论结构参数存在一定偏差，这使得根据理论参数建立的运动学模型与实际结构之间存在一定的偏差。采用高精度机床可降低结构件加工误差，但成本高昂，而通过参数标定对误差进行补偿，是一种低成本且行之有效的方法。在六自由度并联机构标定过程中，需要对其位姿进行测量。目前位姿测量大多采用三坐标测量机、测量臂、激光跟踪仪、激光干涉仪等设备，这些设备虽具有精度高、适应性广等特点，但造价昂贵，操作费时费力、对操作要求高，应用不便，从而导致标定效率较低，尤其是对于大工作空间的并联机构就更明显。由于空间的限制可能造成动平台的某些位姿无法测量，并且当动平台在较大工作空间内变换位姿时，难以获得令人满意的测量数据。因此，考虑其他简洁而高效的位姿测量手段，提升标定效率，是十分有必要的。
技术实现思路
基于此，有必要针对现有技术中的六自由度并联机构标定方法存在的成本高、操作费时费力、标定效率低以及标定精度低等问题，提供一种简洁高效的六自由度并联机构参数标定装置及方法，达到降低成本、简化标定过程、提升标定效率的目的。为实现上述目的，本专利技术采取如下技术方案：一种六自由度并联机构参数标定装置，包括位移传感器、传感器座、被测基准块、支架和参数标定计算模块；所述传感器座包括三个相互正交的平面，三个所述平面上分别固定有1个、2个和3个所述位移传感器，且所述位移传感器的测杆轴线与对应的平面垂直，所述传感器座通过所述支架固定在六自由度并联机构的定平台上；所述被测基准块包括与三个所述平面一一对应的三个相互正交的基准平面，且所述位移传感器的触头均与对应的基准平面接触，所述被测基准块固定在六自由度并联机构的动平台顶部；所述参数标定计算模块获取各个所述位移传感器在六自由度并联机构处于不同位姿下的伸缩量实际值，并根据所述伸缩量实际值确定六自由度并联机构的最优结构参数误差，根据所述最优结构参数误差对六自由度并联机构的参数进行标定与补偿。本专利技术还提出一种基于上述六自由度并联机构参数标定装置的参数标定方法，所述参数标定计算模块用于执行所述参数标定方法，所述参数标定方法包括以下步骤：步骤一：预设六自由度并联机构的结构参数的初值，并为六自由度并联机构的结构参数添加对应的结构参数误差；步骤二：预设六自由度并联机构参数标定装置的结构参数的初值，并为六自由度并联机构参数标定装置的结构参数添加对应的结构参数误差；步骤三：预设六自由度并联机构的动平台的名义位姿，且所述名义位姿的数量大于等于下限值；步骤四：计算各所述名义位姿下各个位移传感器的伸缩量名义值；步骤五：利用控制器驱动六自由度并联机构，使动平台运动至各所述名义位姿，并记录各所述名义位姿下各个所述位移传感器的伸缩量实际值；步骤六：将每一所述名义位姿下每一个所述位移传感器的伸缩量实际值与伸缩量名义值做差，得到各所述名义位姿下各个所述位移传感器的示值误差；步骤七：以全部所述位移传感器的示值误差的平方和最小为目标函数，以六自由度并联机构和六自由度并联机构参数标定装置的结构参数误差为设计变量，构造最优化问题的数学模型；步骤八：利用先进优化软件搜索出所述数学模型的最优解；步骤九：将搜索得到的最优解代入六自由度并联机构的数学模型，实现六自由度并联机构的参数标定与补偿。与现有技术相比，本专利技术具有的有益效果如下：1)成本低廉六自由度并联机构参数标定装置主要组成部分为：六支高精度位移传感器、被测基准块及传感器座，与三坐标测量机、激光跟踪仪等昂贵仪器相比，成本极其低廉；2)操作简洁标定前，只需将被测基准块固定在六自由度并联机构动平台上，将位移传感器固定在传感器座上，将传感器座通过支架固定在六自由度并联机构定平台上，即可开展参数标定；标定时，只需操作六自由度并联机构的控制器，无需操作六自由度并联机构参数标定装置，整个标定过程操作简洁，省时省力；3)标定效率高只要六自由度并联机构末端位姿发生改变，瞬间便可获取位移传感器的实测值即伸缩量实际值，这时无需解算位姿，将位移传感器的伸缩量实际值与伸缩量名义值做差，并代入先进优化软件，短时间内即可计算出六自由度并联机构的最优结构参数误差，极大地提升了参数标定的效率。附图说明图1为本专利技术一个实施例中六自由度并联机构参数标定装置的结构示意图；图2为图1隐去传感器座和支架后的结构示意图；图3为图1中位移传感器与传感器座的关系示意图；图4为图1中位移传感器与被测基准块的关系示意图；图5为本专利技术一个实施例中六自由度并联机构参数标定方法的流程示意图。具体实施方式下面将结合附图及较佳实施例对本专利技术的技术方案进行详细描述。在一个实施例中，如图1-4所示，本专利技术公开一种六自由度并联机构参数标定装置，该装置主要包括：六个位移传感器，分别为位移传感器1～位移传感器6，传感器座7，被测基准块8，支架9和参数标定计算模块。具体地，传感器座7包括三个相互正交的平面，分别为平面7-1、平面7-2和平面7-3，平面7-1固定有位移传感器1、位移传感器2和位移传感器3，平面7-2固定有位移传感器4和位移传感器5，平面7-3固定有位移传感器6，并且位移传感器1～位移传感器6的测杆轴线与对应的平面垂直。传感器座7通过支架9固定在六自由度并联机构的定平台10上，传感器座7和支架9均不与六自由度并联机构的动平台11接触。较佳地，本实施例中的位移传感器采用光栅位移传感器，具有检测范围大、检测精度高、响应速度快的特点，例如，可以采用捷克ESSA光栅位移传感器SM30系列。可选地，传感器座7为底部开口的空心的长方体或者正方体，长方体或者正方体的内部空心用于容纳被测基准块8。被测基准块8包括与分别平面7-1、平面7-2和平面7-3一一对应的三个相互正交的基准平面，分别为基准平面8-1、基准平面8-2和基准平面8-3，并且位移传感器的触头均与对应的基准平面接触，即位移传感器1、位移传感器2、位移传感器3的触头与被测基准块8的基准平面8-1接触，位移传感器4、位移传感器5的触头与被测基准块8的基准平面8-2接触，位移传感器6的触头与被测基准块8的基准平面8-3接触。被测基准块8固定在六自由度并联机构的动平台11的顶部。可选地，被测基准块8为长方体或者正方体，被测基准块8可以为实心结构，也可以为空心结构，此处不做限定。可选地，传感器座7和被测基准块8的材质为铸铁材料，支架9的材质为45号钢，具有强度大、不易形变等优点。参数标定计算模块获取各个位移传感器在六自由度并联机构处于不同位姿下的伸本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种六自由度并联机构参数标定装置，其特征在于，包括位移传感器、传感器座(7)、被测基准块(8)、支架(9)和参数标定计算模块；/n所述传感器座(7)包括三个相互正交的平面，三个所述平面上分别固定有1个、2个和3个所述位移传感器，且所述位移传感器的测杆轴线与对应的平面垂直，所述传感器座(7)通过所述支架(9)固定在六自由度并联机构的定平台(10)上；/n所述被测基准块(8)包括与三个所述平面一一对应的三个相互正交的基准平面，且所述位移传感器的触头均与对应的基准平面接触，所述被测基准块(8)固定在六自由度并联机构的动平台(11)顶部；/n所述参数标定计算模块获取各个所述位移传感器在六自由度并联机构处于不同位姿下的伸缩量实际值，并根据所述伸缩量实际值确定六自由度并联机构的最优结构参数误差，根据所述最优结构参数误差对六自由度并联机构的参数进行标定与补偿。/n

【技术特征摘要】
1.一种六自由度并联机构参数标定装置，其特征在于，包括位移传感器、传感器座(7)、被测基准块(8)、支架(9)和参数标定计算模块；
所述传感器座(7)包括三个相互正交的平面，三个所述平面上分别固定有1个、2个和3个所述位移传感器，且所述位移传感器的测杆轴线与对应的平面垂直，所述传感器座(7)通过所述支架(9)固定在六自由度并联机构的定平台(10)上；
所述被测基准块(8)包括与三个所述平面一一对应的三个相互正交的基准平面，且所述位移传感器的触头均与对应的基准平面接触，所述被测基准块(8)固定在六自由度并联机构的动平台(11)顶部；
所述参数标定计算模块获取各个所述位移传感器在六自由度并联机构处于不同位姿下的伸缩量实际值，并根据所述伸缩量实际值确定六自由度并联机构的最优结构参数误差，根据所述最优结构参数误差对六自由度并联机构的参数进行标定与补偿。


2.根据权利要求1所述的六自由度并联机构参数标定装置，其特征在于，
所述位移传感器采用光栅位移传感器。


3.根据权利要求1或2所述的六自由度并联机构参数标定装置，其特征在于，
所述传感器座(7)和所述被测基准块(8)的材质为铸铁材料，所述支架(9)的材质为45号钢。


4.根据权利要求1或2所述的六自由度并联机构参数标定装置，其特征在于，
所述传感器座(7)为底部开口的空心的长方体或者正方体。


5.根据权利要求1或2所述的六自由度并联机构参数标定装置，其特征在于，
所述被测基准块(8)为长方体或者正方体。


6.一种基于权利要求1至5任意一项所述的六自由度并联机构参数标定装置的参数标定方法，其特征在于，所述参数标定计算模块用于执行所述参数标定方法，所述参数标定方法包括以下步骤：
步骤一：预设六自由度并联机构的结构参数的初值，并为六自由度并联机构的结构参数添加对应的结构参数误差；
步骤二：预设六自由度并联机构参数标定装置的结构参数的初值，并为六自由度并联机构参数标定装置的结构参数添加对应的结构参数误差；
步骤三：预设六自由度并联机构的动平台的名义位姿，且所述名义位姿的数量大于等于下限值；
步骤四：计算各所述名义位姿下各个位移传感器的伸缩量名义值；
步骤五：利用控制器驱动六自由度并联机构，使动平台运动至...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨利伟，董得义，鲍赫，杨会生，樊延超，
申请(专利权)人：中国科学院长春光学精密机械与物理研究所，
类型：发明
国别省市：吉林;22