【正文】 感器的輸出 。不同于工業(yè)機(jī)器人的是測(cè)量機(jī)測(cè)頭的姿態(tài)一般無需考慮。為了測(cè)量機(jī)的整體平衡 ,還 可以設(shè)計(jì)平衡桿機(jī)構(gòu) [17]。 一般的柔性關(guān)節(jié)式坐標(biāo)測(cè)量機(jī) 由 3 根測(cè)量臂 , 6 個(gè)活動(dòng)關(guān)節(jié)和 1 個(gè) 接觸測(cè)頭組成。但其 主要 結(jié)構(gòu) 組成基本相似（ 如圖 所示 ） ，大體有基座，關(guān)節(jié)部件，臂中國(guó)計(jì)量學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 6 伸桿件，測(cè)頭，平衡部件 五個(gè)部件 組成 。 2 六自由度柔性臂的設(shè)計(jì)原理 柔性 坐標(biāo)測(cè)量機(jī)的基本 結(jié)構(gòu) 1基座， 2關(guān)節(jié)部件， 3臂伸桿件， 4測(cè)頭， 5平衡部件 圖 柔性坐標(biāo)測(cè)量機(jī)由 機(jī)械系統(tǒng) 、 信號(hào)采集系統(tǒng) 、軟件系統(tǒng) 三大系統(tǒng)組成。 （ 4）介紹了本論文選題的意義，研究?jī)?nèi)容與擬解決的主要問題。 國(guó)內(nèi)外各個(gè)品牌各自的優(yōu)勢(shì)，以及我國(guó)三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)行業(yè) 現(xiàn)階段所存在的問題及不足。 本章小結(jié) （ 1）介紹了選題的背景與意義，介紹了三坐標(biāo)測(cè)量機(jī) 的基本狀況以及三坐標(biāo)測(cè)量機(jī) 在工業(yè)生產(chǎn)科學(xué)研究中的重要作用 。臂身?xiàng)U件的主要參數(shù)是桿長(zhǎng)，使測(cè)量機(jī)達(dá)到預(yù)定的測(cè)量范圍且在規(guī)定的測(cè)量半徑空間范圍內(nèi)，無測(cè)量死角 [16]。對(duì)關(guān)節(jié)部件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要求是 :結(jié)構(gòu)緊湊， 轉(zhuǎn)動(dòng)靈活，相應(yīng)的轉(zhuǎn)軸強(qiáng)度高，剛性大，彈性變形?。桓麝P(guān)節(jié)之間垂直連接，回轉(zhuǎn)部分的徑向跳動(dòng)小，同軸度高 [15]。 中國(guó)計(jì)量學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 5 三、 橫關(guān)節(jié)部件設(shè)計(jì)。 二、 基座部件設(shè)計(jì)。其主要解決的問題 以 及設(shè)計(jì)流程及方案如下： 一、自由度的選擇。 進(jìn)行機(jī)械臂的設(shè)計(jì)， 首先 要 確定測(cè)量臂的總體設(shè)計(jì)方案， 然后重點(diǎn)分 析機(jī)械結(jié)構(gòu)的詳細(xì)設(shè)計(jì) 。對(duì)六自由度柔性機(jī)械臂進(jìn)行誤差分析， 尺寸優(yōu)化設(shè)計(jì)，并 給出相應(yīng)的解決方案。 擬解決主要問題 本論文所研究的主要內(nèi)容包括： 掌握六自由度柔性機(jī)械臂的應(yīng)用場(chǎng)合、工作原理和結(jié)構(gòu)特點(diǎn)；制定六自由度柔性臂的總體設(shè)計(jì)方案。 柔性機(jī)械測(cè)量臂是柔性三坐標(biāo)測(cè)量 機(jī)的最重要部件， 它是測(cè)量機(jī)的主要工作部分。 研究?jī)?nèi)容與擬解決主要問題 課題研究?jī)?nèi)容 柔性坐標(biāo)測(cè)量機(jī)是一種應(yīng)用傳感器技術(shù)的接觸式或非接觸式三維測(cè)量裝置?？梢哉f測(cè) 量 機(jī)軟件是三坐標(biāo)測(cè) 量 機(jī)中發(fā)展最為迅速的一項(xiàng)技術(shù)。 也首先取決于軟件，測(cè)量機(jī)每一項(xiàng)新技術(shù)的發(fā)展，都必須有相應(yīng)配套的軟件技術(shù)。 軟件技術(shù)的革新 軟件技術(shù)的革新測(cè)量機(jī)的功能主要由軟件決定。 我們要合理運(yùn)用這一特點(diǎn)，加大這方面的研究。為此，要盡可能利用發(fā)展迅速的新的電子工業(yè)技術(shù)，設(shè)計(jì)新的高性 。 控制系統(tǒng)的改進(jìn) 控制系統(tǒng)的改進(jìn)在現(xiàn)代制造系統(tǒng)中，測(cè)量的目的 不 僅僅局限于成品驗(yàn)收檢中國(guó)計(jì)量學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 4 驗(yàn)，而是向整個(gè)制造系統(tǒng)提供有關(guān)制造過程的信息， 為控制提供依據(jù)。理想測(cè)頭最主要的性能指標(biāo)是測(cè)頭接近零件能力的參數(shù) :在同等精度指標(biāo)下，測(cè)頭端部的測(cè)頭體直徑 D與測(cè)桿長(zhǎng)度 L的長(zhǎng)徑比為 L/D。 測(cè)量機(jī)測(cè)頭的發(fā)展 測(cè) 量 機(jī)測(cè)頭的 發(fā)展三坐標(biāo)測(cè)最機(jī)除了機(jī)械本體外，測(cè)頭 是坐標(biāo)測(cè)盆機(jī)的核心 ，也是測(cè)盤機(jī)達(dá)到高精度的關(guān)鍵 。世界上的主要三坐標(biāo)測(cè) 量機(jī) 制造廠商，大 部分都 采用了重量輕、剛性好、導(dǎo)熱性強(qiáng)的合金材料，來制造測(cè)量機(jī)上的運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)部件。 新材料和新技術(shù)的應(yīng)用 新材料和新技術(shù)的應(yīng)用為確?？煽扛咚俚臏y(cè)量功能，國(guó)外十分重視研究機(jī)體原材料的選用 。傳 統(tǒng)的概念為了保證 測(cè)量機(jī)的 測(cè)量精度， 測(cè)量機(jī) 測(cè)量速度不宜過高。 另外 ,受結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和加工的限制 ,國(guó)內(nèi)研制出的樣機(jī)稍顯笨重 ,操作不夠靈活 ,旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)只能在一定范圍內(nèi)回轉(zhuǎn) 。 在這幾家機(jī)構(gòu)中， 合肥工業(yè)大學(xué) 、 西安愛德華公司 己經(jīng)研制出樣機(jī) 。 國(guó)內(nèi)柔性坐標(biāo)測(cè)量機(jī)的研究起步比較晚 ,主要是部 分高校在從事這方面的研究 ,其中推出產(chǎn)品的較少 。 國(guó)內(nèi)的三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)起步比較晚 ，然而 隨著越來越多的學(xué)者和科研人員研究的不斷深入 研究 ,國(guó)內(nèi)的三坐標(biāo)測(cè)量技術(shù) ,在理論研究和 產(chǎn)品開發(fā)方面 ,都有了一定的發(fā)展 。 青島前哨與 HEXAGON 集團(tuán)合資的?？怂箍禍y(cè)量技術(shù)青島有限公司 是實(shí)力最強(qiáng)的一 家 ,年銷售數(shù)量接近 400 臺(tái) ,占國(guó)產(chǎn)三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)份額的一半左右 [1011]。 另外，日本 Tokyo Denki University 的 Shimojima, Ken 和西班牙University of Zaragoza 的 Je Santolaria 也在進(jìn)行相關(guān)的研究工作，主要是進(jìn)行理論和標(biāo)定技術(shù)方面的研究，并未見樣機(jī)生產(chǎn)報(bào)道 [5]。 目前國(guó)際上規(guī)模較大的柔性坐標(biāo)測(cè)量機(jī)生產(chǎn)商主要有法如 （ Faro） [8]、 海克斯康 (Cimcore、 Romer)[9]。 SIP 測(cè)量軟件與硬件的適配性是最好的 [7]。 與其他測(cè)量機(jī)不同的是，此測(cè)量機(jī)沒有轉(zhuǎn)臺(tái)，在測(cè)量一些回轉(zhuǎn)件時(shí)，靠探頭和軟件的幫助來完成。 從 公司 角度 來說，不同公司的產(chǎn)品有其不同的特點(diǎn)： Zeiss 公司 以不斷推出新產(chǎn)品、新技術(shù)、新工藝而著稱 。 國(guó)外測(cè)量機(jī)生產(chǎn)廠家主要有四個(gè)較大的集團(tuán)， 分別 是 美 國(guó)的 BROWNamp。 本論文提出研制低成本、中高精度、操作便捷的柔性坐標(biāo)測(cè)量機(jī)，重點(diǎn)研究探討 其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)問題 ，包括模型建立、 強(qiáng)度校核、結(jié)構(gòu)優(yōu)化等 [6]。因此，關(guān)節(jié)臂式測(cè)量機(jī)使用更加靈活、快捷 [35]。 和 同等測(cè)量范圍的正交式三坐標(biāo)測(cè)量機(jī) 相比關(guān)節(jié)臂式測(cè)量機(jī)的價(jià)格僅為前者的 幾分之一。 中國(guó)計(jì)量學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 2 (三 )運(yùn)動(dòng)靈活、活動(dòng)部分質(zhì)量小，可以探測(cè) 其他方法 不能探及的位置點(diǎn)。 (二 )可以方便地在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行測(cè)量，甚至 還能夠 裝在被測(cè)工件或機(jī)器上。 如 各臂的長(zhǎng)度總和 只要 超 過 3m，就能測(cè)量 3m范圍內(nèi)的點(diǎn) 。對(duì)于傳統(tǒng)的正交式三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)， 必須使測(cè)量機(jī)的運(yùn)動(dòng)軸和標(biāo)尺足夠長(zhǎng)才能測(cè)量較大的工件。它通過安裝在各關(guān)節(jié)及桿件內(nèi)部的光電角度編碼器獲得各關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)角， 并結(jié)合機(jī)械臂的機(jī)械參數(shù) ， 應(yīng)用空間支導(dǎo)線測(cè)量的原理計(jì)算出測(cè)量點(diǎn)的三維坐標(biāo)。 為 了 適 應(yīng)不斷 提高的 測(cè)量要求， 具有人手臂 的關(guān)節(jié)形式 多個(gè)關(guān)節(jié)的非正交系坐標(biāo)測(cè)量機(jī)已 經(jīng) 成為三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)的一個(gè)新的發(fā)展趨勢(shì)。這些特點(diǎn)都是傳統(tǒng)的正交三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)所不具備的。這 種現(xiàn)象造成了測(cè)量上的很多不便 ，無法滿足大型工件現(xiàn)場(chǎng)快速測(cè)量的需要 [12]。同時(shí)由于傳統(tǒng)的正交三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)往往比較笨重，搬運(yùn)較 不 方便 。 由于 傳統(tǒng)的正交三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)是以正交坐標(biāo)系為基礎(chǔ)的，它有固定的工作臺(tái)面， 對(duì)被測(cè)工件進(jìn)行測(cè)量時(shí)， 正交三坐標(biāo)測(cè)量 的 三根相互垂直的運(yùn)動(dòng)軸及其標(biāo)尺，這導(dǎo)致運(yùn)動(dòng)軸及標(biāo)尺必須比被測(cè) 工件 尺寸范圍長(zhǎng)。作為一種新型精密的測(cè)量?jī)x，三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)在航空航天，汽車，船舶，重型機(jī)械等領(lǐng)域有著十分重要的作用。s basic structure, working principle and the overall mechanical design. Briefly introduces the measuring space and related concepts of CMM. According to characteristics of the measuring arm system selecting the arm body materials, and arm length is optimized. And checking the strength and stiffness of the weakest link, to ensure that the program meets the requirements of the design. Given, including base, vertical and horizontal joints, the arm itself, including the design of the concrete structure. Error analysis on flexible measuring arm systems, analysis of its main source of errors and error. Establishing joint bars with shaking error and parameter error model and making a preliminary analysis. Proposed some methods to improve the accuracy of the measuring machine. Finally, it39。 最后對(duì)本文進(jìn)行了總結(jié)和展望。 并對(duì)關(guān)節(jié)晃動(dòng)和桿件參數(shù)導(dǎo)致的誤差建立了誤差模型并對(duì)其進(jìn)行了分析。 給出了包括基座，橫縱關(guān)節(jié)，臂身在內(nèi)的具體結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì) 。 根據(jù)要測(cè)量臂系統(tǒng)的特點(diǎn)擇了臂身材料，并對(duì)臂長(zhǎng)進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)。 首先 介紹了柔性臂式三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)的基本結(jié)構(gòu)和工作原理 ， 給出了整體的 機(jī)械 設(shè)計(jì) 方案。 柔性機(jī)械 臂式測(cè)量機(jī)擁有 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單 、 測(cè)量范圍大 、 靈活輕便等優(yōu)點(diǎn) ，并能進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量，可以解決很多以往傳統(tǒng)三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)不能解決的問題。柔性機(jī)械臂式 非正交 測(cè)量機(jī) 正是在這種情況下產(chǎn)生的。 學(xué)生簽名： 日期： 分類號(hào)： TH721 密 級(jí)： 公開 UDC： 62 學(xué)校代碼： 10356 中國(guó)計(jì)量學(xué)院 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 六自由度柔性機(jī)械臂的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) Structure Design of Sixdegree of freedom Flexible Mechanical Arms 作 者 曹世侖 學(xué) 號(hào) 0700107227 申請(qǐng)學(xué)位 工學(xué)學(xué)士 指導(dǎo)教師 徐立軍 學(xué)科專業(yè) 機(jī)械電子工程 培養(yǎng)單位 中國(guó)計(jì)量學(xué)院 答辯委員會(huì)主席 許昌 評(píng) 閱 人 2020 年 6 月 I 六自由度柔性機(jī)械臂的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 摘要 ： 隨著 工業(yè)的發(fā)展 ， 三坐標(biāo) 測(cè)量機(jī)在現(xiàn)代制造工程領(lǐng)域中的應(yīng)用越來越廣泛。對(duì)本論文所涉及的研究工作做出貢獻(xiàn)的其他個(gè)人和集體，均已在文中以明確的方式標(biāo)明。 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 六自由度柔性機(jī)械臂的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) Structure Design of Sixdegree of freedom Flexible Mechanical Arms 學(xué)生姓名 學(xué)號(hào) 0700107227 學(xué)生專業(yè) 機(jī)械電子工程 班級(jí) 07 機(jī)電 2 班 二級(jí)學(xué)院 機(jī)電工程學(xué)院 指導(dǎo)教師 中國(guó)計(jì)量學(xué)院 2020 年 6 月 鄭 重 聲 明 本人呈交的畢業(yè)設(shè)計(jì)論文，是在導(dǎo)師的指導(dǎo)下，獨(dú)立進(jìn)行研究工作所取得的成果，所 有數(shù)據(jù)、圖片資料真實(shí)可靠。盡我所知，除文中已經(jīng)注明引用的內(nèi)容外，本學(xué)位論文的研究成果不包含他人享有著作權(quán)的內(nèi)容。本學(xué)位論文的知識(shí)產(chǎn)權(quán)歸屬于培養(yǎng)單位。工業(yè)生產(chǎn)對(duì)于測(cè)量的要求也越來越高，傳統(tǒng)的正交直角測(cè)量機(jī)已經(jīng)不能完全滿足測(cè)量的需求。 本文研究的六自由度柔性機(jī)械測(cè)量臂即是基于以上產(chǎn)生的。 本文重點(diǎn)對(duì)柔性臂測(cè)量機(jī)的機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)進(jìn)行了研究。 簡(jiǎn)單介紹了測(cè)量機(jī)的測(cè)量空間及相關(guān)概念。 并對(duì)薄弱的環(huán)節(jié)進(jìn)行了強(qiáng)度和剛度的校核，以確保設(shè)計(jì)的方案符合要求。 對(duì)柔性測(cè)量臂系統(tǒng)進(jìn)行了誤差分析，分析了其主要的誤差及 誤差源。 提出了提高精度的一些方法。 關(guān)鍵詞： 柔性臂 三坐標(biāo)測(cè)量機(jī) 機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 誤差分析 中圖分類號(hào) ： TH721 II Structure Design of Sixdegree of freedom Flexible Mechanical Arms Abstract: With the development of industrial special, 3coordinate measuring machine is being used in the modern manufacturing engine more and more widely. The requirements for the measurement of industrial production have bee more sophisticated, the traditional rightangle measuring machine