[发明专利]一种基于混合优化算法的关节臂式坐标测量机参数标定方法

说明书

本发明公开了一种基于混合优化算法的关节臂式坐标测量机参数标定方法，属于精密测量方法领域。该方法首先基于D‑H模型建立关节臂式坐标测量机的数学模型，然后基于遗传算法GA和最小二乘法LM设计用于求解模型参数的混合遗传最小二乘优化算法GA‑LM，最后采用所设计的混合遗传最小二乘优化算法GA‑LM对关节臂式坐标测量机进行参数标定。本发明采用的混合优化算法GA‑LM融合了遗传算法GA和最小二乘法LM的优点，能够有效的对关节臂式坐标测量机进行参数标定，标定精度高，同时不需要借助外部的测量设备，成本低，操作简单。

技术领域

本发明属于精密测量方法领域，具体涉及一种基于混合优化算法的关节臂式坐标测量机参数标定方法。

背景技术

关节臂式坐标测量机是一种非笛卡尔式的柔性测量系统，通常在大型加工现场对不便移动的复杂零部件进行几何尺寸的快速测量，因其可操作性、灵活性、便捷性在工业生产与科学研究中得到广泛的应用。由于其串联式连杆机构，测量机的测量误差会被累积并放大，同时机械加工精度、装配误差、磨损、环境因素等都对各连杆的几何参数造成影响，与传统的正交式坐标测量机相比，整体测量精度还存在较大差距。因此，测量机的误差模型的分析及参数标定方法对于减少测量误差有着重大意义。

目前已有众多国内外学者针对关节臂式坐标测量机参数标定方法已经做了多方面研究。一类通过借助更高精度的测量仪器，如激光跟踪仪，三坐标测量机，或布置复杂的装夹装置。例如：ACERO等研究了激光跟踪仪作为参考仪器在AACMM参数标定中的可行性，这类方法普遍成本高昂，系统复杂，时间效率较低且容易产生二次误差(ACERO R.,BRAU A.,SANTOLARIA J.,et al.Verification of an articulated arm coordinate measuringmachine using a laser tracker as reference equipment and an indexed metrologyplatform[J].Measurement，2015,69:52-63.//王学影.关节臂式坐标测量机系统研究[D].天津大学,2008.)。另一类通过算法进行参数标定，一般为最小二乘法LM和智能寻优算法，例如：Santolaria J等使用一维球列作为标准件，采用Levenberg-Marquarat法(最小二乘法)对Faro的关节式坐标测量机进行了标定(SANTOLARIA J.,AGUILAR J.J.,YAGUE J.A.,et al.Kinematic parameter estimation technique for calibration andrepeatability improvement of articulated arm coordinate measuring machine[J].Precision Engineering,2008,32(4):251-168.)；高贯斌等应用改进的模拟退火算法对测量臂运动学参数的标定值进行了辨识(高贯斌,王文,林铿,等.应用改进模拟退火算法实现关节臂式坐标测量机的参数辨识[J].光学精密工程,2009,17(10):2499-2505.)。然而常用的标定算法如最小二乘法LM在求解过程中存在初始值是非可行点时无法收敛、参数较多的复杂计算易产生积累误差等问题，而寻优算法的局部搜索能力较差、容易陷入局部最小值。

综上，在关节臂坐标测量机参数标定过程中，借助高精度的测量仪器进行标定时，对设备要求较高，成本高，系统复杂，且容易引入二次误差；而采用常用的最小二乘法LM进行标定时，对初始值依赖性较高，又存在不易收敛、参数较多以及局部搜索能力差等缺点。

发明内容

技术问题：本发明提供一种基于混合优化算法的关节臂式坐标测量机参数标定方法，该方法不借助复杂的测量仪器、成本低，且不引入二次误差，该方法采用算法收敛速度快，且不易陷入局部最优解，对初始值依赖性低，全局搜索能力强，标定精度高。

技术方案：本发明基于混合优化算法的关节臂式坐标测量机参数标定方法，包括以下步骤：

S1：基于D-H模型建立关节臂式坐标测量机的数学模型；