递积累中的应用综述姿态的描述方法介绍姿态描述方法本文选用的姿态描述方法误差分离与补偿技术本章小结多环节回转平台姿态误差数学模型的建立回转平台的几何模型回转平台姿态矩阵的建立概述构建坐标系的建立相邻构件位姿变换矩阵的计算工作基面坐标系相对各构件坐标系姿态变换阵回转平台姿态误差矩阵的建立相邻构件间的姿态误差分析相邻构件的误差分析万方数据工作台面姿态误差矩阵的建立回转平台各环节结构参数偏差分析工作基面姿态误差的数学表达式本章小结姿态误差测试系统设计总体设计方案硬件系统设计微处理器供电电源的设计加速度传感器硬件电路设计通信模块数据采集系统的设计下位机软件开发工具下位机软件主程序的设计下位机软件主程序的初始化的数据采集模块数据处理系统的设计上位机软件开发数据处理程序设计误差分析与数据标定误差分析测量系统的标定数学模型标定结果测试系统实物图本章小结姿态误差分离与补偿技术试验研究引言误差分离方法的选择误差分离的方法介绍基于谐波分析的误差分离方法理论验证实验万方数据实验目的测量装置测量方法实验步骤结果分析回转平台姿态调整实验实验目的测量装置测量方法实验步骤精度标定本章小结总结与展望全文总结后续展望参考文献作者简历万方数据图清单图多环节回转平台图绕线机多环节回转平台图多环节回转平台误差分离与补偿技术路线图五参数法模型图多环节回转平台几何模型图回转平台定位基面的向量规定图地理坐标系图基座坐标系图主轴坐标系图水平轴坐标系图竖直轴坐标系图工作台面坐标系图回转平台姿态误差测试系统工作示意图图硬件电路系统的原理框图图芯片管脚图图供电电源设计图芯片的俯视图并显示各加速度轴的正方图不同的空间姿态下芯片各轴加速度值的显示图加速度传感器姿态倾角示意图图三轴矢量合成图图的应用电路图图通讯模块电路图图数据系统的整体软件框图图下位机软件开发界面图下位机程序流程图图下位机主程序初始化流程图图加速度传感器数据采集流程图图上位机软件程序流程图万方数据图上位机软件窗口图数据处理流程图图测量值标定结果图实验平台图测试方法图图回转平台姿态调整流程图图姿态误差测试原始数据图原始数据的谐波曲线图图补偿主轴与基座之间的垂直度误差之后的回转平台姿态误差图补偿主轴与基座之间的垂直度误差之后的谐波曲线图补偿回转平台与主轴之间的垂直度误差后的测试数据图补偿主轴与回转平台之间的误差之后的谐波曲万方数据表清单表多环节回转平台构件参数表角度单位度表角度值标定列表单位度表测量数据谐波分析处理结果单位弧度表姿态调整前后参数变化万方数据中国计量学院硕士学位论文绪论课题研究的背景与意义课题的背景回转平台在机械航空仪表电子等工业系统都有广泛的用途，回转平台的姿态精度是系统的重要精度指标之。无刷直流电机定子绕线机是用以解决电机定子制造中传统手工绕线的专用自动化绕线设备。绕线机上安装定子的回转平台，如图所示，是个多环节的回转平台，该回转平台的姿态误差是绕线设备的关键精度指标之。绕线机在绕线的过程中，要求回转平台与绕线模具的平行度小于，型无刷直流电机定子键槽间隙，要同时绕进根直径的漆包线，这就需要回转平台上的无刷直流电机定子键槽能准确定位到绕线模具相应的位置上而且要保证较高的姿态精度，因此多环节回转平台姿态精度是个非常关键的技术指标，如果姿态误差太大将导致进线不成功或者刮线等问题，无刷直流电机定子绕进的漆包线旦被刮线，整个产品就无法正常使用，不仅无法实现绕线功能，而且造成了资源的浪费。图多环节回转平解决的问题进行了描述，研究此课题的意义，查阅了国内外的相关文献，分析了目前调平的技术路线的优缺点，提出了本课题的技术路线，介绍本文应用的基本理论。根据绕线机的结构特点建立回转平台的几何模型与姿态误差的数学模型。运用变换五参数法描述姿态以及误差传递的理论建立姿态误差数学模型。从理论上分离误差，求得姿态误差的数学表现形式，为回转平台的姿态误差分离与补偿提供理论依据搭建姿态误差测试系统。测试系统由硬件系统数据采集系统数据处理系统组成。主要功能是实现姿态数据的采集传输处理与显示等，提供准确的测试数据。姿态误差分离与补偿方法研究。本文提出了终端测试法，是针对终端坐标系相对于地理坐标系的种测试方法，用谐波分析法对实测到的姿态误差数据进行误差分离，指导回转平台调平与姿态误差的精度标定。本章小结本章介绍了本文所要解决的问题，阐释多环节回转平台的调平的应用背景和意义，通过阅读文献和查找资料介绍了国内外关于平台调平的发展研究现状，针对动态的多环节回转平台提出了解决问题的总体技术路线，阐述了本文的主要研究内容。万方数据中国计量学院硕士学位论文基本理论变换在位姿误差传递积累中的应用综述齐次变换又简称为变换，姿态变换，是为了描述刚体在空间的位置与姿态而引进的。首先是规定个基准坐标系，相对于该坐标系的点的位置可以用三维列向量来表示刚体的姿态可以用阶的旋转矩阵来表示，而阶的齐次变换矩阵可以将刚体的位置和姿态的描述统起来。齐次变换既可以描述刚体的位置，又可以描述坐标系间的相对姿态。它不但可表示刚体上固定点从个坐标系的描述转换到另个坐标系的描述，它还可表示刚体运动前后相对的姿态描述。齐次变换在空间动力学及动力学计算机图学机器人算法机器人视觉的信息处理，机器人外部环境的构型等方面得到广泛的应用。本文将采用齐次变换的方法对多轴系统的位姿误差进行传递和积累。我们在测量多环节回转平台的工作基面的姿态误差时候，是将传感器放在回转平台上的，它的测试的准确度除了取决于回转轴系的旋转角速度准确度之外，还取取决于传感器的坐标系的原点距离主轴旋转轴线的半径的误差和它相对于基准坐标系的各姿态的误差。回转平台各环节产生上述误差及传递过程有如下特点和复杂性由于回转平台的结构环节多，因此其误差传递过程环节多传感器在回转平台上进行测试时，是进给机构运动的状态下进行的，所以回转平台的姿态误差传递过程是个动态包括静态的和时变的过程。本文所介绍的多环节回转平台，如同机器人样，是通过几个构件所组成的精密机械系统。这样就可以将相应的坐标系固联在进给机构的各个构件上，用齐次变换描述这些构件之间的相对位置和姿态。用变换的方法不但有较为直观的几何意义，能描述各构件之间的位姿关系，而且可进行工作基面的姿态误差的传递和积累，进而可能找到这些积累误差的补偿方法。用齐次变换为数学工具研究终端坐标系相对于地理坐标系的姿态关系，相邻两个环节的姿态关系，可以发现位移和各个环节姿态角度误差对末端工作平面的影响程度。研究这个姿态误差传递与积累主要有两个目的建立多环节回转平台的数学模型，提高数学模型的辨识准确度。万方数据中国计量学院硕士学位论文找出各环节误差对终端姿态误差的影响程度，反过来对多环节回转平台各环节的姿态误差提出要求，即误差分配问题，指导调平。姿态的描述方法介绍姿态描述方法描述物体在空间的位置时，可采用直角坐标系球坐标系等方法，而描述物体的姿态的方法更多。目前广泛使用的表示物体姿态的方法有方向余弦法四元数法欧拉角法五参数法，参数法和•参数法等，每种表示法都有其应用的优点。欧拉角法是用三个角描述刚体在参考系中的姿态。根据相继转动的顺序和角位置可分为空间三轴角，体内三轴角，空间二轴角，体内二轴角共组表示方法，但涉及到大量的三角运算，不适用于实时性要求较高的场合，欧拉角来描述机构姿态，并联机构位姿参数间的内在耦合关系没有被真正揭示，三欧拉角的姿态描述方法在定程度上增加了并联机构运动学分析和设计的难度。方向余弦矩阵法和四元数方法为了弥补欧拉角方法的不足，先后被提出来的。方向余弦矩阵方法因为太多约束条件和计算效率比较低，限制其自身的应用。近年来在捷联惯导系统的实时姿态解算方面，四元数方法得到了广泛的应用。然而非最小实现的缺陷在定程度上制约了四元数的应用效果。参数是个矢量，适用于所有普通矢量的代数运算。参数最大的特点是针对构件姿态描述的唯性。计算效率优于四元数法，姿态转动变换和姿态运动微分方程结构都非常简洁。具备物理上的可靠性和计算上的高效性。•参数的方法主要应用与并联多自由度机构的动力学建模，这里不作详细介绍。五参数法是欧拉角的基础上发展而来的，增加了随运动和与姿态角度Ɵ和之间的关系。这种姿态工作空间图不仅清楚地给出了运动平台向了姿态工作空间的表达，而且方便了工程技术人员和读者的查阅。万方数据中国计量学院硕士学位论文本文选用的姿态描述方法五参数法是建立相邻两构件间的位姿矩阵的种方法。综合本课题研究的多环节回转平台特点以及计算的简便性，本文采用五参数法描述多环节回转平台的姿态。五参数法规定相邻两构件固联坐标系和相对关系模型如图所示图五参数法模型该模型规定坐标系相对于的变换过程是先绕旋转再沿着平移，然后先顺着平移到原点，再绕平行于的旋转，最后绕旋转角。这时的变换组合是旋转平移平移旋转旋转，其位姿变换矩阵为，式中并过，对于转动关节，是关节变量，，是结构参数，。万方数据中国计量学院硕士学位论文误差分离与补偿技术误差分离技术目前已经形成较为完整的科学技术体系，误差分离的目的是为了补偿误差，误差分离与补偿的核心是补偿误差来提高系统的精度。按照误差分离与补偿的步骤来划分，其内容包括以下几个方面定性分析误差，对误差进行分离，找出产生误差的主要误差因素以及主要误差项。建立误差的数学模型。定量分析误差，根据被测量系统的性质与特点，确定误差分离与补偿的基本原理，建立误差分离的数学模型。确定误差测试方案。确定要被补偿的误差分离测试技术方案及具体方法，讲究科学性，以保证测量的精度，同时也要节省成本。误差分离数据处理软件的研制。根据误差分离理论的数学模型完成误差分离与测量结果处理软件。实验验证。对比理论与实验，以证实误差分离与补偿技术方案的准确性。误差补偿的关键在于误差如何从被测量数据中分离出来，虽然误差分离的方法多种多样，但是每种方法都有自己的各自的优缺点，如果想把测量结果中的误差全部分离出来，这是不可能的，所以般按照精密机械和仪器的精度要求，误差的性质和仪器本身的特点，采用既经济又有效的分离