六自由度系统集成设计(二)

六自由度运动系统集成设计姜洪洲机电学院流体控制及自动化系六自由度运动平台误差分析几何参数误差：l上、下铰点空间位置误差l伺服作动器初始长度误差l连接铰间隙误差数据采集系统的电气误差：l传感器信号变换误差lA/D转换器分辨率误差l电气系统噪声lD/A转换器误差l伺服驱动器误差计算误差：计算机舍入误差伺服驱动系统误差：l伺服阀的死区l伺服阀零飘机械加工和安装不可避免的引入一定误差，是试验台产生静态误差的主要原因。可视为系统误差六自由度运动平台的标定在六自由度并联机构的研究中，运动平台结构参数的标定是重要的研究课题之一。通过对六自由度并联机构的结构参数的辨识和补偿，其位姿精度可以提高一个数量级。作为组成空间对接综合试验台的关键设备，六自由度运动平台的位姿精度，在对接仿真试验中起着相当重要的作用，如对接初始条件的复现等等。通过对六自由度运动平台的标定，希望平台的位置精度可以从5mm提高到1mm或更高，姿态精度可以从0.5°达到0.1°。研究现状(StateoftheArt)所查阅的参考文献中所介绍的标定方法可分为两种：CalibrationwithexternalsensorstomeasurethepositionandorientationofthemobileplatformSelfcalibrationwithorwithoutextrasensorsonthepassivejoints数学模型6,,1ibaRcbaRcllimiTimimioicRlmiiioibal需要辨识的结构参数，共7×6=42个辨识过程中，需要测量的参数标定步骤运动平台位姿的测量（测量精度应比指标要求高一个数量级）利用最小二乘法对运动平台的单个驱动机构运动参数进行独立辨识运动平台结构参数补偿后的实时正解（液压缸长度→运动平台位姿）位姿测量方法高精度经纬仪激光动态跟踪仪（0.02mm）三坐标测量仪（0.02mm）基于长度几何的姿态测量（StringEncoder,Caliper）位姿测量定义两个测量标架，分别固定在下平台（固定标架）与上平台上（运动标架），每个平台上取三个参考点，从而可以根据三个参考点确定两个坐标系。参考点的选取和坐标系的定义如右图所示。如果固定在下平台上的各参考点Gi之间的距离已知，则可以通过测量上平台的各参考点Pi与下平台三点之Gi间的距离，计算出参考点的运动，继而测出上平台相对于固定坐标系的位姿。长度几何已知四面体各棱边长度求顶点在空间的位置（坐标）位姿计算3/321gggomGpgPcpppom3/321zyxmmpppPGnnnR,pzpypxTpypzTpynnnppnpnpppn131313121212//固定坐标系原点运动平台位姿机构参数辨识收敛条件满足Lipschitz条件远离奇异恰当的初值选取fJJJkXkXTrkrkTrk1)()1(目标函数：优化变量：雅克比阵：最小二乘算法：0)(2oimiiTiillbcaRbcaRifTiTTiTiTTiTomrkTToTaRbcRacbilliJablX))((2),(标定问题能观性指数如果选定的测试样本中，如果姿态不变会造成雅克比阵奇异，例如R=I雅克比阵的条件数不大于100，能够获得合理结果（HollerbachandWampler）。TTiTTiTiTTiTomrkaRbcRacbilliJ))((2),(外标定的关键姿态的测量参数辨识的算法决定了如何选取一组合适的测试样本，即一组姿态，而使辨识算法能够有效运行。选择一组姿态，使雅克比阵条件数最好