【博士】柔性坐標(biāo)測(cè)量機(jī)空間誤差模型及最佳測(cè)量區(qū)研究

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　　【博士】柔性坐標(biāo)測(cè)量機(jī)空間誤差模型及最佳測(cè)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(cè)量機(jī)主要是由高精度機(jī)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(cè)量機(jī)在現(xiàn)實(shí)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(dá)不到實(shí)際應(yīng)用要求。由于柔性坐標(biāo)測(cè)量機(jī)是一種多級(jí)串聯(lián)式極坐標(biāo)測(cè)量系統(tǒng)，誤差源較多，要實(shí)現(xiàn)較高的測(cè)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(cè)量機(jī)測(cè)量工件，當(dāng)測(cè)量位置點(diǎn)不變而姿態(tài)發(fā)生變化時(shí)，會(huì)產(chǎn)生不同的測(cè)量誤差；而測(cè)量工件不同位置點(diǎn)時(shí)，其誤差大小也不一樣，并呈現(xiàn)出一定的規(guī)律性。前一問(wèn)題本文用泛函網(wǎng)絡(luò)基本理論進(jìn)行了研究，建立了空間測(cè)量點(diǎn)誤差模型；后一問(wèn)題用支持向量回歸機(jī)原理進(jìn)行了研究，建立了空間誤差分布模型，并進(jìn)而討論了測(cè)量空間內(nèi)的最佳測(cè)量區(qū)。主要研究?jī)?nèi)容如下：　　 （1） 運(yùn)用泛函網(wǎng)絡(luò)基本理論建立了柔性坐標(biāo)測(cè)量機(jī)空間測(cè)量點(diǎn)誤差模型研究了泛函網(wǎng)絡(luò)理論的三大核心內(nèi)容：拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、基函數(shù)和學(xué)習(xí)算法。運(yùn)用泛函網(wǎng)絡(luò)理論設(shè)計(jì)了柔性坐標(biāo)測(cè)量機(jī)五層泛函網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(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(cè)量機(jī)空間測(cè)量點(diǎn)誤差模型。通過(guò)仿真和實(shí)驗(yàn)，驗(yàn)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(cè)量模型為基礎(chǔ)，采用誤差分離技術(shù)進(jìn)行的誤差建模思想，從另一個(gè)角度探討了誤差模型的新型建立方法?！　? （2）運(yùn)用Monte Carlo 方法求解了柔性坐標(biāo)測(cè)量機(jī)的測(cè)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(jī)抽樣來(lái)求解數(shù)學(xué)問(wèn)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(cè)量機(jī)自由度數(shù)的限制，這為測(cè)量空間的求解給出了一種新視角。研究柔性坐標(biāo)測(cè)量機(jī)的測(cè)量空間，不但有助于進(jìn)一步證實(shí)柔性坐標(biāo)測(cè)量機(jī)幾何尺寸設(shè)計(jì)是否符合要求，而且有助于對(duì)該測(cè)量機(jī)最佳測(cè)量區(qū)的研究?！　? （3）運(yùn)用支持向量回歸機(jī)原理建立了柔性坐標(biāo)測(cè)量機(jī)空間誤差分布模型本文建立的柔性坐標(biāo)測(cè)量機(jī)空間誤差分布模型的輸入量是三維坐標(biāo)，輸出量是測(cè)量誤差值，建模的目的是為了進(jìn)一步研究最佳測(cè)量區(qū)，這點(diǎn)不同于空間測(cè)量點(diǎn)誤差模型。文中研究了支持向量回歸機(jī)的算法和各種核函數(shù)的優(yōu)缺點(diǎn)，選用v-SVM 和RBF 核函數(shù)構(gòu)建了柔性坐標(biāo)測(cè)量機(jī)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(cè)量機(jī)最佳測(cè)量區(qū)及其存在性柔性坐標(biāo)測(cè)量機(jī)最佳測(cè)量區(qū)的研究是在測(cè)量空間和空間誤差分布模型研究成果的基礎(chǔ)上，運(yùn)用最優(yōu)規(guī)劃理論進(jìn)行的。文中運(yùn)用凸分析的方法求證了最佳測(cè)量區(qū)的存在性，討論了基于單點(diǎn)測(cè)量的最佳測(cè)量區(qū)和基于空間距離測(cè)量的最佳測(cè)量區(qū)，并給出了相應(yīng)的數(shù)學(xué)模型。　　 （5）進(jìn)行了與柔性坐標(biāo)測(cè)量機(jī)誤差模型相關(guān)的實(shí)驗(yàn)研究基于泛函網(wǎng)絡(luò)的空間測(cè)量點(diǎn)誤差模型和基于支持向量回歸機(jī)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(guò)實(shí)驗(yàn)加以辨識(shí)。在實(shí)驗(yàn)中采用特制的標(biāo)準(zhǔn)石英棒量塊對(duì)空間測(cè)量點(diǎn)誤差模型網(wǎng)絡(luò)參數(shù)進(jìn)行了辨識(shí)，用標(biāo)準(zhǔn)錐窩對(duì)空間誤差分布模型中的參數(shù)進(jìn)行了辨識(shí)。并對(duì)兩個(gè)模型進(jìn)行了測(cè)試，結(jié)果表明：基于泛函網(wǎng)絡(luò)誤差模型計(jì)算得到的測(cè)量誤差小于基于DH 矩陣誤差模型的測(cè)量誤差；基于持向量機(jī)的空間誤差分布模型能較好擬合原始測(cè)試點(diǎn)。　　 最后對(duì)基于單點(diǎn)測(cè)量的最佳測(cè)量區(qū)和基于空間距離測(cè)量的最佳測(cè)量區(qū)數(shù)學(xué)模型進(jìn)行了求解，其結(jié)果可指導(dǎo)實(shí)際測(cè)量操作，從而實(shí)現(xiàn)低精度測(cè)量機(jī)高精度測(cè)量。　　

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