并聯(lián)機(jī)床運(yùn)動(dòng)精度及參數(shù)辨識(shí)方法研究.pdf

1、并聯(lián)機(jī)構(gòu)具有剛度厘量比大、動(dòng)態(tài)性能好、技術(shù)附加值高等優(yōu)點(diǎn)，經(jīng)過(guò)幾十年的研究與發(fā)展，并聯(lián)機(jī)床已經(jīng)成功地應(yīng)用于航空制造業(yè)、汽車制造業(yè)等領(lǐng)域。串-并混聯(lián)機(jī)床則結(jié)合了串聯(lián)機(jī)構(gòu)與并聯(lián)機(jī)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)，更好地滿足加工制造業(yè)高速、高精度的發(fā)展趨勢(shì)，具有非常廣闊的應(yīng)用前景和研究?jī)r(jià)值，受到國(guó)內(nèi)外學(xué)者的普遍重視。然而，與傳統(tǒng)機(jī)床相比，并聯(lián)機(jī)床還存在運(yùn)動(dòng)精度水平較低的問(wèn)題，主要原因在于并聯(lián)機(jī)床的結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，幾何誤差源的數(shù)量較多，且對(duì)精度的影響具有較強(qiáng)的非線性特征

2、，對(duì)其進(jìn)行測(cè)量、分析和辨識(shí)的難度較大。另外，由于自重、慣性力和外部載荷等因素引起的動(dòng)態(tài)誤差限制了機(jī)床的運(yùn)動(dòng)精度。目前針對(duì)并聯(lián)機(jī)床的動(dòng)力學(xué)建模以及動(dòng)力學(xué)參數(shù)辨識(shí)研究依然是并聯(lián)機(jī)床領(lǐng)域的一項(xiàng)研究熱點(diǎn)與難點(diǎn)問(wèn)題。論文在以前研究的基礎(chǔ)上，分別從運(yùn)動(dòng)學(xué)與動(dòng)力學(xué)的角度，對(duì)一類帶有約束機(jī)構(gòu)的少自由度混聯(lián)機(jī)床的誤差分析、運(yùn)動(dòng)學(xué)標(biāo)定、動(dòng)力學(xué)參數(shù)辨識(shí)等方面進(jìn)行了研究。具體包括以下內(nèi)容:
　　(1)利用Denavit-Hartenberg矩陣法和閉環(huán)矢

3、量鏈方法，分別針對(duì)串聯(lián)、并聯(lián)、混聯(lián)機(jī)構(gòu)的幾何誤差建模方法進(jìn)行研究，提出一種能夠準(zhǔn)確描述復(fù)合球鉸內(nèi)幾何誤差源的誤差建模方法，以此作為誤差分析、運(yùn)動(dòng)學(xué)標(biāo)定、精度綜合等研究的基礎(chǔ)。
　　(2)通過(guò)五軸并聯(lián)機(jī)床與3-TPS混聯(lián)機(jī)床的誤差分析，對(duì)一類帶有約束混聯(lián)機(jī)床內(nèi)的敏感誤差源及其對(duì)末端精度的影響進(jìn)行了研究。系統(tǒng)地比較、分析兩個(gè)機(jī)床并聯(lián)機(jī)構(gòu)部分與約束（串聯(lián)）機(jī)構(gòu)部分內(nèi)單一誤差源對(duì)末端位姿誤差的影響，以及各組機(jī)構(gòu)內(nèi)多種誤差源的綜合影響，結(jié)果

4、表明，約束機(jī)構(gòu)部分對(duì)末端位姿誤差的影響要比并聯(lián)機(jī)構(gòu)部分更加明顯。
　　(3)根據(jù)量子粒子群優(yōu)化算法，對(duì)運(yùn)動(dòng)學(xué)標(biāo)定問(wèn)題進(jìn)行研究。設(shè)計(jì)基于量子粒子群優(yōu)化算法的運(yùn)動(dòng)學(xué)標(biāo)定流程，利用仿真與實(shí)驗(yàn)的方法，分別對(duì)五軸并聯(lián)機(jī)床的并聯(lián)機(jī)構(gòu)部分與約束機(jī)構(gòu)部分進(jìn)行了運(yùn)動(dòng)學(xué)標(biāo)定研究，標(biāo)定后機(jī)床末端位姿的精度水平有了比較明顯的提高。對(duì)串聯(lián)機(jī)構(gòu)與Stewart并聯(lián)機(jī)構(gòu)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)學(xué)標(biāo)定，研究將基于量子粒子群優(yōu)化的運(yùn)動(dòng)學(xué)標(biāo)定方法推廣至一般串聯(lián)、并聯(lián)機(jī)構(gòu)的方法。

5、r>　　(4)對(duì)運(yùn)動(dòng)學(xué)參數(shù)的標(biāo)定方法進(jìn)行改進(jìn)。建立了基于量子粒子群優(yōu)化算法的分步標(biāo)定流程，針對(duì)五軸并聯(lián)機(jī)床的并聯(lián)機(jī)構(gòu)部分進(jìn)行運(yùn)動(dòng)學(xué)標(biāo)定仿真，不僅進(jìn)一步提高了標(biāo)定后的末端位姿精度，而且機(jī)構(gòu)參數(shù)的辨識(shí)值與給定值更加接近。然后，同樣對(duì)串聯(lián)機(jī)構(gòu)與Stewart并聯(lián)機(jī)構(gòu)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)學(xué)標(biāo)定仿真，結(jié)果證明基于量子粒子群優(yōu)化的分步標(biāo)定方法同樣適用于一般的串聯(lián)、并聯(lián)機(jī)構(gòu)。
　　(5)對(duì)五軸并聯(lián)機(jī)床的并聯(lián)機(jī)構(gòu)部分進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化與精度綜合的研究。把并聯(lián)機(jī)構(gòu)內(nèi)

6、的球型鉸鏈優(yōu)化為復(fù)合球鉸;利用影響因子方法，對(duì)優(yōu)化前后的并聯(lián)機(jī)構(gòu)進(jìn)行誤差分析，從理論的角度證明該結(jié)構(gòu)優(yōu)化的正確性;基于誤差分析的結(jié)果，對(duì)優(yōu)化后的并聯(lián)機(jī)構(gòu)進(jìn)行了精度綜合研究，提出一種綜合考慮精度與成本因素的加權(quán)精度綜合策略。
　　(6)研究五軸并聯(lián)機(jī)床動(dòng)力學(xué)建模及動(dòng)力學(xué)參數(shù)辨識(shí)方法?；诶窭嗜辗椒ǎ⑽遢S并聯(lián)機(jī)床的剛體動(dòng)力學(xué)模型;設(shè)計(jì)動(dòng)力學(xué)參數(shù)辨識(shí)仿真的辨識(shí)軌跡，在不考慮摩擦力的前提條件下，對(duì)機(jī)床并聯(lián)機(jī)構(gòu)部分的動(dòng)力學(xué)參數(shù)進(jìn)行辨識(shí)