● 摘要
坐标测量机是一种三维测量设备，是高效率、高精度获取几何数字信息的主要手段,已成为连接几何形体与计算机数字世界的桥梁。正交坐标系测量机，数据换算直观简单；串联关节臂式机构构成的非正交系测量系统体积小巧且便于携带，正在得到广泛的应用和发展。因此，研究非正交系测量机构理论及轮廓外形测量技术具有重要意义。但是到目前为止，国内对于非正交系测量系统的设计和研究还处于起步阶段。论文在回顾经典正交系及串联式多关节非正交系测量系统的发展历程，介绍坐标测量系统以及轮廓外形测量技术研究现状的基础上，全面阐述了在非正交系测量系统理论及应用方面的研究工作。本文介绍了由北京航空航天大学和廊坊智通机器人系统有限公司合作研发的用于产品外型测量及逆向工程测量环节的新型主被动关节臂式测量机器人系统，该系统具有主动驱动和被动驱动两种测量方式。论文的主要内容是介绍了测量机器人系统的系统组成原理和特点、机械结构和控制系统的研制和开发，以及对测量机器人系统的误差分析和研究，为后期对测量机器人系统的研制和开发奠定了基础。本论文具体论述了非正交坐标测量法的数学原理及其实现方式，为测量机器人系统的机构设计奠定了基础。阐述了测量机器人系统的机械结构方案，包括主被动切换装置设计、对重要部件进行了静力分析和选型计算。重点讨论了控制系统的结构原理、控制系统方案、控制系统的硬件结构和软件设计。最后给出测量机器人系统的误差分析结果，阐述了存在的问题，并给出了相应的解决方案。该测量机器人系统推进了空间实体测量机构的研究，对提高我国机器人高精度测量技术能力有一定的推进和示范作用。