[发明专利]一种基于激光追踪测量系统机械结构的理想动力学模型建立方法

说明书

本发明公开了一种基于激光追踪测量系统机械结构的理想动力学模型建立方法，该模型针对于激光追踪测量系统的机械结构理想情况，分析激光追踪测量系统的机械结构运动与力的关系，建立动力学模型精确计算激光追踪测量系统机械结构两轴运动的力矩大小，最后对模型进行了不同运动状态下的验证分析，本发明对激光追踪测量系统跟踪性能的研究以及机械结构的优化改进具有重要意义。

技术领域

本发明涉及一种机械结构动力学模型建立方法，特别是基于激光追踪测量系统机械结构的理想情况下的动力学模型建立方法，属于精密测量领域。

背景技术

随着现代工业技术的迅速发展，对检测仪器的测量精度、测量范围、实时性、快速性等测量性能的要求越来越高。激光追踪测量系统作为快速精密测量设备的核心技术，在现代精密工业与工程测量领域中发挥着日益重要的作用。激光追踪测量系统机械结构作为系统的核心组成部分，其机械结构及相关参数间接对提高测量精度和测量分辨率提供了有效手段，通过动力学模型方程可以准确地计算出激光追踪测量系统机械结构两轴运动所需要的力矩。本发明基于专利号为201910459007.2的“一种添加了配重平衡的以标准球为反射装置的激光跟踪测量系统”为基础介绍其系统机械结构的动力学建模方法。动力学分析一直在测量机械领域占有重要地位，将机构的运动与力结合起来综合分析机械系统的性能，主要有牛顿-欧拉法、拉格朗日方程法、凯恩法和变分法。激光追踪测量系统机械结构的性能直接决定着系统的追踪性能以及测量精度，激光追踪测量系统的机械结构简化可以看做为两轴机械臂，采用拉格朗日方程法对激光追踪测量系统机械结构进行动力学建模分析，将机械结构的整体参数与追踪过程的运动与力结合起来，分析其运动与力的关系，可以为机械结构的改进以及力矩电机选型提供参考建议。因此基于激光追踪测量系统机械结构的理想动力学模型建立对激光追踪测量系统的研究具有重要意义。

为了进行激光追踪测量系统机械结构各参数对激光追踪测量系统机械结构两轴力矩及跟踪性能的影响研究，为此，有必要发明一种基于激光追踪测量系统机械结构的理想动力学模型建立方法。

发明内容

本发明的目的在于根据机械结构动力学分析原理，提出一种基于激光追踪测量系统机械结构的理想动力学模型的建立方法,对提高扭矩计算精度，改进激光追踪测量系统机械结构与提高激光追踪测量系统的追踪性能具有重要意义。

为达到以上目的，本发明采取如下技术方案予以实现：基于激光追踪测量系统的机械结构理想动力学模型建立方法，建立激光追踪测量系统机械结构的动力学数学模型，将科氏力项和离心项包含在内研究其对激光追踪测量系统机械结构的影响，最后进行运动特性对激光追踪测量系统机械结构的两个运动关节进行力矩分析的研究，包括以下步骤：

步骤一：建立激光追踪测量系统机械结构的D-H模型坐标系。如图1所示为激光追踪测量系统机械结构的三维模型图。建立如图2所示的坐标系分配示意图，坐标系整体采用的刚体质心笛卡尔坐标系和反应刚体方位的欧拉角作为广义坐标，建立三个坐标系。设底部基座中心位置为坐标原点O₀，根据右手定则，建立直角坐标系0O₀-x₀y₀z₀，x₀轴方向为水平方向,y₀方向水平面垂直于x₀轴，z₀轴方向为垂直方向。根据D-H建模原则如图3、图4所示的坐标系转换，依次建立坐标系1O₁-x₁y₁z₁和坐标系2O₂-x₂y₂z₂。坐标系1的坐标原点O₁位于回转轴电机上部法兰盘中心位置，坐标系2的坐标原点O₂位于俯仰轴与回转轴两直线相交的标准球中心。表1列出了理想激光追踪测量系统机械结构的坐标系分配

表1机械结构D-H模型的坐标系分配