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柔性臂坐标测量机动态误差补偿算法研究

朱嘉齐 章家岩 冯旭刚

朱嘉齐, 章家岩, 冯旭刚. 柔性臂坐标测量机动态误差补偿算法研究[J]. 机械科学与技术, 2019, 38(8): 1270-1275. doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20190110
引用本文: 朱嘉齐, 章家岩, 冯旭刚. 柔性臂坐标测量机动态误差补偿算法研究[J]. 机械科学与技术, 2019, 38(8): 1270-1275. doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20190110
Zhu Jiaqi, Zhang Jiayan, Feng Xugang. Study on Dynamic Error Compensation Algorithm of Coordinate Measuring Machine with Flexible Arm[J]. Mechanical Science and Technology for Aerospace Engineering, 2019, 38(8): 1270-1275. doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20190110
Citation: Zhu Jiaqi, Zhang Jiayan, Feng Xugang. Study on Dynamic Error Compensation Algorithm of Coordinate Measuring Machine with Flexible Arm[J]. Mechanical Science and Technology for Aerospace Engineering, 2019, 38(8): 1270-1275. doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20190110

柔性臂坐标测量机动态误差补偿算法研究

doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20190110
基金项目: 

安徽省高校自然科学研究重点项目 KJ2018A0054

安徽省重点研究与开发计划项目 1804a09020094

安徽省高校自然科学研究重点项目 KJ2018A0060

安徽省自然科学基金项目 1908085ME134

详细信息
    作者简介:

    朱嘉齐(1995-), 硕士研究生, 研究方向为精密测量及控制, 646857571@qq.com

    通讯作者:

    冯旭刚, 副教授, 硕士生导师, fxg@ahut.edu.cn

  • 中图分类号: TH721;TH712

Study on Dynamic Error Compensation Algorithm of Coordinate Measuring Machine with Flexible Arm

  • 摘要: 针对柔性臂坐标测量机误差因素复杂且误差影响之间呈非线性的问题,分析了误差因素并对部分动态误差进行研究,提出了一种基于模拟退火和神经网络的柔性臂坐标测量机动态误差补偿方法。利用BP神经网络建立动态误差补偿模型,通过模拟退火算法优化权值从而解决了神经网络的收敛速度慢的问题。通过实验获得数据样本,训练所建模型后对测试数据进行误差补偿。与BP神经网络模型进行对比结果表明,补偿测试点后得出的单点重复性测量误差提高了60.85%,长度测量误差的精度提高了54.79%,证明了所提方法的有效性和可行性。
  • 图  1  柔性臂坐标测量机的结构简图

    图  2  神经网络模型结构图

    图  3  模拟退火算法流程图

    图  4  测量示意图

    图  5  BP和SA-BP模型单点重复性精度比较

    图  6  BP和SA-BP模型长度测量误差比较

    表  1  结构参数的标称值

    关节 θ/rad α/rad l/mm d/mm
    1 0 -90 20 0
    2 -1.3 90 -20 0
    3 -2.1 -90 16 460
    4 -3.56 90 -16 0
    5 -0.6 90 16 360
    6 -2.1 90 -16 0
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    表  2  测头系统的参数

    种类 直径/mm 材质 X中心 Y中心 Z中心
    1 3 红宝石 0 0 62
    2 6 红宝石 0 0 32
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    表  3  BP和SA-BP模型误差补偿对比

    项目 最大值 最小值 平均值
    单点重复性误差 误差补偿前 0.175 83 0.061 26 0.092 26
    BP模型 0.108 27 0.030 41 0.052 64
    SA-BP模型 0.069 98 0.022 25 0.036 11
    长度测量误差 误差补偿前 0.156 24 0.053 73 0.082 51
    BP模型 0.086 65 0.029 76 0.045 56
    SA-BP模型 0.062 03 0.021 14 0.037 35
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  • [1] 郑大腾, 费业泰.柔性坐标测量机空间误差模型研究[J].机械工程学报, 2010, 46(10):19-24 http://d.old.wanfangdata.com.cn/Periodical/jxgcxb201010004

    Zheng D T, Fei Y T. Research on spatial error model of flexible coordinate measuring machine[J]. Journal of Mechanical Engineering, 2010, 46(10):19-24(in Chinese) http://d.old.wanfangdata.com.cn/Periodical/jxgcxb201010004
    [2] 冯旭刚, 徐驰, 章家岩, 等.虚拟关节臂式坐标测量机模型的构建与验证[J].重庆大学学报, 2016, 39(6):135-140 http://d.old.wanfangdata.com.cn/Periodical/cqdxxb201606017

    Feng X G, Xu C, Zhang J Y, et al. The establishment and testing of a model called virtual articulated arm coordinate measuring machine[J]. Journal of Chongqing University, 2016, 39(6):135-140(in Chinese) http://d.old.wanfangdata.com.cn/Periodical/cqdxxb201606017
    [3] 冯旭刚, 朱嘉齐, 章家岩.关节臂式坐标测量机的数学建模及参数标定[J].仪器仪表学报, 2019, 40(2):190-197 http://cdmd.cnki.com.cn/Article/CDMD-10359-1011124215.htm

    Feng X G, Zhu J Q, Zhang J Y, Mathematical model and parameter calibration of articulated armcoordinate measuring machine[J]. Chinese Journal of Scientific Instrument, 2019, 40(2):190-197(in Chinese) http://cdmd.cnki.com.cn/Article/CDMD-10359-1011124215.htm
    [4] He R B, Zhao Y J, Yang S N, et al. Kinematic-parameter identification for serial-robot calibration based on POE formula[J]. IEEE Transactions on Robotics, 2010, 26(3):411-423 doi: 10.1109/TRO.2010.2047529
    [5] Cao Q S, Zhu J, Gao Z F, et al. Design of integrated error compensating system for the portable flexible CMMs[M]//Li D L, Liu Y D, Chen Y Y. Computer and Computing Technologies in Agriculture Ⅳ. Berlin, Heidelberg: Springer, 2011: 410-419
    [6] 胡毅, 费业泰, 程文涛.关节式坐标测量机热变形误差及修正[J].机械工程学报, 2011, 47(24):15-19 http://d.old.wanfangdata.com.cn/Periodical/jxgcxb201124003

    Hu Y, Fei Y T, Cheng W T. Thermal deformation error and correction for articulated arm coordinate-measuring machines[J]. Journal of Mechanical Engineering, 2011, 47(24):15-19(in Chinese) http://d.old.wanfangdata.com.cn/Periodical/jxgcxb201124003
    [7] 郑大腾, 费业泰, 张梅.柔性坐标测量机建模的泛函网络研究[J].电子测量与仪器学报, 2009, 23(4):33-37 http://d.old.wanfangdata.com.cn/Periodical/dzclyyqxb200904007

    Zheng D T, Fei Y T, Zhang M. Research on functional networks of flexible coordinate measuring machine modeling[J]. Journal of Electronic Measurement and Instrument, 2009, 23(4):33-37(in Chinese) http://d.old.wanfangdata.com.cn/Periodical/dzclyyqxb200904007
    [8] 陆艺, 张培培, 王学影, 等.基于PSO-BP神经网络的关节臂式坐标测量机长度误差补偿[J].计量学报, 2017, 38(3):271-275 doi: 10.3969/j.issn.1000-1158.2017.03.04

    Lu Y, Zheng P P, Wang X Y, et al. AACMM length error compensation based on PSO-BP neural network[J]. Acta Metrologica Sinica, 2017, 38(3):271-275(in Chinese) doi: 10.3969/j.issn.1000-1158.2017.03.04
    [9] 陈学飞, 徐明浩.基于GA-BP神经网络的关节臂式坐标测量机误差预测模型建立[J].工业计量, 2017, 27(S1):129-132 http://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-GYJL2017S1044.htm

    Chen X F, Xu M H. The establishment of error prediction model for articulated arm coordinate measuring machine based on GA-BP neural network[J]. Industrial Metrology, 2017, 27(S1):129-132(in Chinese) http://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-GYJL2017S1044.htm
    [10] 冯超鹏, 潘志康, 郭阳宽, 等.关节式坐标测量机静力结构误差分析[J].工具技术, 2018, 52(6):122-125 doi: 10.3969/j.issn.1000-7008.2018.06.046

    Feng C P, Pan Z K, Guo Y K, et al. Error analysis of static structural for articulated arm coordinate measuring machine[J]. Tool Engineering, 2018, 52(6):122-125(in Chinese) doi: 10.3969/j.issn.1000-7008.2018.06.046
    [11] 田海波, 马宏伟, 魏娟.串联机器人机械臂工作空间与结构参数研究[J].农业机械学报, 2013, 44(4):196-201 http://d.old.wanfangdata.com.cn/Periodical/zgjx201523028

    Tian H B, Ma H W, Wei J. Workspace and structural parameters analysis for manipulator of serial robot[J]. Transactions of the Chinese Society for Agricultural Machinery, 2013, 44(4):196-201(in Chinese) http://d.old.wanfangdata.com.cn/Periodical/zgjx201523028
    [12] Joubair A; Slamani M; Bonev I A. A novel XY-Theta precision table and a geometric procedure for its kinematic calibration[J]. Robotics and Computer-Integrated Manufacturing, 2012, 28(1):57-65 doi: 10.1016/j.rcim.2011.06.006
    [13] 陈晨, 马术文, 丁国富.基于GA-BP网络的多轴机床热误差建模[J].机械科学与技术, 2013, 32(4):616-619, 624 http://d.old.wanfangdata.com.cn/Periodical/jxkxyjs201304028

    Chen C, Ma S W, Ding G F. Modeling of the multi-axis NC machine tool thermal error based on GA-BP neural network[J]. Mechanical Science and Technology for Aerospace Engineering, 2013, 32(4):616-619, 624(in Chinese) http://d.old.wanfangdata.com.cn/Periodical/jxkxyjs201304028
    [14] Ding S F, Su C Y, Yu J Z. An optimizing BP neural network algorithm based on genetic algorithm[J]. Artificial Intelligence Review, 2011, 36(2):153-162 doi: 10.1007/s10462-011-9208-z
    [15] 吴宗胜, 傅卫平.移动机器人全局路径规划的模拟退火-教与学优化算法[J].机械科学与技术, 2016, 35(5):678-685 http://d.old.wanfangdata.com.cn/Periodical/jxkxyjs201605004

    Wu Z S, Fu W P. SA and teaching-learning-based optimization algorithm for mobile robots global path planning[J]. Mechanical Science and Technology for Aerospace Engineering, 2016, 35(5):678-685(in Chinese) http://d.old.wanfangdata.com.cn/Periodical/jxkxyjs201605004
    [16] 陆晓芳, 程顺有.模拟退火算法及其在多层密度界面反演中的应用[J].中国西部科技, 2011, 10(7):27-29, 51 doi: 10.3969/j.issn.1671-6396.2011.07.014

    Lu X F, Cheng S Y. Application of simulated annealing algorithm in the gravity inversion of multi-layer density interface[J]. Science and Technology of West China, 2011, 10(7):27-29, 51(in Chinese) doi: 10.3969/j.issn.1671-6396.2011.07.014
    [17] Zhao H N, Yu L D, Jia H K, et al. A new kinematic model of portable articulated coordinate measuring machine[J]. Applied Sciences, 2016, 6(7):181 doi: 10.3390/app6070181
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  • 收稿日期:  2018-11-30
  • 刊出日期:  2019-08-05

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