折疊便攜式切割機(jī)械手的運(yùn)動(dòng)特性及辨識(shí)補(bǔ)償仿真研究.pdf

1、在航母、潛艇及各類艦船等大型船體結(jié)構(gòu)的制造過(guò)程中，必須切割大量帶有變角度上、下坡口的各類孔，由于船體曲面的特殊性，切割設(shè)備有必要實(shí)時(shí)進(jìn)行轉(zhuǎn)移以適應(yīng)不同位置的孔型切割需求。因此，研制出高效率、高精度地實(shí)現(xiàn)空間復(fù)雜曲面上變角度坡口孔型加工的便攜式切割機(jī)械手，對(duì)于提高艦船制造技術(shù)，提高艦船性能，縮短我國(guó)與世界先進(jìn)艦船制造技術(shù)之間的差距有十分重要的意義。
　　本文提出了一種用于高效率加工船體曲面孔型的折疊便攜式切割機(jī)械手，同時(shí)為使其滿足高

2、精度加工要求，基于旋量理論對(duì)其運(yùn)動(dòng)特性、辨識(shí)和補(bǔ)償?shù)汝P(guān)鍵問(wèn)題進(jìn)行了分析。主要內(nèi)容如下：
　　針對(duì)便攜和高效率切割復(fù)雜曲面各類孔的要求，確定了切割機(jī)械手的自由度及各關(guān)節(jié)的傳動(dòng)方式，提出了折疊便攜式結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)方案，并對(duì)雙旋轉(zhuǎn)定位機(jī)構(gòu)和割槍擺動(dòng)機(jī)構(gòu)進(jìn)行了理論分析。在利用兩桿參數(shù)方程計(jì)算出機(jī)械手雙旋轉(zhuǎn)連桿尺寸的基礎(chǔ)上，對(duì)切割機(jī)械手工作空間在X-Y平面內(nèi)的投影進(jìn)行分析，保證切割范圍符合設(shè)計(jì)要求。
　　針對(duì)切割機(jī)械手運(yùn)動(dòng)特性問(wèn)題，建立了

3、運(yùn)動(dòng)學(xué)模型和運(yùn)動(dòng)學(xué)誤差模型。首先對(duì)DH建模方法與旋量建模方法進(jìn)行比較，選擇了旋量建模方法。然后，基于指數(shù)積公式給出切割機(jī)械手的正解表達(dá)式，應(yīng)用螺旋理論子問(wèn)題的解求出切割機(jī)械手運(yùn)動(dòng)學(xué)逆解。最后從線性化整體運(yùn)動(dòng)學(xué)誤差模型出發(fā)，應(yīng)用指數(shù)積公式偏微分法建立切割機(jī)械手的末端位姿誤差模型。
　　針對(duì)機(jī)械手高精度切割加工問(wèn)題，完成了運(yùn)動(dòng)參數(shù)辨識(shí)和補(bǔ)償研究。首先推導(dǎo)出切割機(jī)械手的辨識(shí)雅可比矩陣；然后根據(jù)辨識(shí)矩陣中列向量之間的線性相關(guān)性，分析了誤差

4、模型中運(yùn)動(dòng)學(xué)參數(shù)的可辨識(shí)性。并根據(jù)指數(shù)映射和對(duì)數(shù)映射Lipschitz連續(xù)性質(zhì)，對(duì)參數(shù)辨識(shí)算法中引入旋量坐標(biāo)更新方法的迭代最小二乘法的收斂性進(jìn)行了證明。最后，基于補(bǔ)償原理，給出離線前饋誤差補(bǔ)償策略和關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)變量補(bǔ)償值PLS計(jì)算方法。
　　最后，利用Adams和Matlab對(duì)切割機(jī)械手的運(yùn)動(dòng)特性、運(yùn)動(dòng)學(xué)參數(shù)辨識(shí)和誤差補(bǔ)償進(jìn)行了虛擬仿真和數(shù)值仿真研究。仿真結(jié)果表明：所建立的切割機(jī)械手的運(yùn)動(dòng)學(xué)模型是正確的、有效的；切割機(jī)械手誤差模型中運(yùn)