【博士】柔性坐標(biāo)測量機空間誤差模型及最佳測量區(qū)研究

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　　【博士】柔性坐標(biāo)測量機空間誤差模型及最佳測量區(qū)研究　　授予學(xué)位：博士　　學(xué)位授予單位：合肥工業(yè)大學(xué)　　學(xué)位年度：2010　　柔性坐標(biāo)測量機主要是由高精度機械結(jié)構(gòu)與圓光柵編碼器以及多功能軟件組成，其技術(shù)含量高，是一種技術(shù)密集的高科技產(chǎn)品。然而柔性坐標(biāo)測量機在現(xiàn)實中的應(yīng)用還受到一定的限制，其中的主要原因之一就是其精度達不到實際應(yīng)用要求。由于柔性坐標(biāo)測量機是一種多級串聯(lián)式極坐標(biāo)測量系統(tǒng)，誤差源較多，要實現(xiàn)較高的測量精度必須努力解決若干關(guān)鍵技術(shù)難題?！　? 用柔性坐標(biāo)測量機測量工件，當(dāng)測量位置點不變而姿態(tài)發(fā)生變化時，會產(chǎn)生不同的測量誤差；而測量工件不同位置點時，其誤差大小也不一樣，并呈現(xiàn)出一定的規(guī)律性。前一問題本文用泛函網(wǎng)絡(luò)基本理論進行了研究，建立了空間測量點誤差模型；后一問題用支持向量回歸機原理進行了研究，建立了空間誤差分布模型，并進而討論了測量空間內(nèi)的最佳測量區(qū)。主要研究內(nèi)容如下：　　（1）運用泛函網(wǎng)絡(luò)基本理論建立了柔性坐標(biāo)測量機空間測量點誤差模型研究了泛函網(wǎng)絡(luò)理論的三大核心內(nèi)容：拓撲結(jié)構(gòu)、基函數(shù)和學(xué)習(xí)算法。運用泛函網(wǎng)絡(luò)理論設(shè)計了柔性坐標(biāo)測量機五層泛函網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)，提出了矩陣神經(jīng)元基函數(shù)的概念，討論了幾種求解算法；最后建立了柔性坐標(biāo)測量機空間測量點誤差模型。通過仿真和實驗，驗證了該誤差模型的有效性。該誤差模型突破了人們一直以D-H 方法建立的測量模型為基礎(chǔ)，采用誤差分離技術(shù)進行的誤差建模思想，從另一個角度探討了誤差模型的新型建立方法?！　? （2）運用Monte Carlo 方法求解了柔性坐標(biāo)測量機的測量空間Monte Carlo 方法是一種數(shù)值方法，但它不同于傳統(tǒng)意義上的數(shù)值方法，它是采用隨機抽樣來求解數(shù)學(xué)問題的一種數(shù)值方法。該方法不受極限狀態(tài)、非線性程度等因素的影響，也不受柔性坐標(biāo)測量機自由度數(shù)的限制，這為測量空間的求解給出了一種新視角。研究柔性坐標(biāo)測量機的測量空間，不但有助于進一步證實柔性坐標(biāo)測量機幾何尺寸設(shè)計是否符合要求，而且有助于對該測量機最佳測量區(qū)的研究。　　（3）運用支持向量回歸機原理建立了柔性坐標(biāo)測量機空間誤差分布模型本文建立的柔性坐標(biāo)測量機空間誤差分布模型的輸入量是三維坐標(biāo)，輸出量是測量誤差值，建模的目的是為了進一步研究最佳測量區(qū)，這點不同于空間測量點誤差模型。文中研究了支持向量回歸機的算法和各種核函數(shù)的優(yōu)缺點，選用v-SVM 和RBF 核函數(shù)構(gòu)建了柔性坐標(biāo)測量機空間誤差分布模型，并給出了具體的算法步驟?！　? （4）研究了柔性坐標(biāo)測量機最佳測量區(qū)及其存在性柔性坐標(biāo)測量機最佳測量區(qū)的研究是在測量空間和空間誤差分布模型研究成果的基礎(chǔ)上，運用最優(yōu)規(guī)劃理論進行的。文中運用凸分析的方法求證了最佳測量區(qū)的存在性，討論了基于單點測量的最佳測量區(qū)和基于空間距離測量的最佳測量區(qū)，并給出了相應(yīng)的數(shù)學(xué)模型?！　? （5）進行了與柔性坐標(biāo)測量機誤差模型相關(guān)的實驗研究基于泛函網(wǎng)絡(luò)的空間測量點誤差模型和基于支持向量回歸機的空間誤差分布模型中都存在待定的參數(shù)，它們都需要通過實驗加以辨識。在實驗中采用特制的標(biāo)準(zhǔn)石英棒量塊對空間測量點誤差模型網(wǎng)絡(luò)參數(shù)進行了辨識，用標(biāo)準(zhǔn)錐窩對空間誤差分布模型中的參數(shù)進行了辨識。并對兩個模型進行了測試，結(jié)果表明：基于泛函網(wǎng)絡(luò)誤差模型計算得到的測量誤差小于基于DH 矩陣誤差模型的測量誤差；基于持向量機的空間誤差分布模型能較好擬合原始測試點?！　? 最后對基于單點測量的最佳測量區(qū)和基于空間距離測量的最佳測量區(qū)數(shù)學(xué)模型進行了求解，其結(jié)果可指導(dǎo)實際測量操作，從而實現(xiàn)低精度測量機高精度測量?！　?

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