新型五自由度并聯(lián)機(jī)床驅(qū)動輸入選擇與運(yùn)動學(xué)標(biāo)定研究.pdf

1、并聯(lián)機(jī)構(gòu)驅(qū)動輸入選擇問題是機(jī)構(gòu)學(xué)基本而重要的問題。驅(qū)動輸入選擇的合理與否對并聯(lián)機(jī)構(gòu)的運(yùn)動性能有非常重要的影響，如果選擇不當(dāng)將可能導(dǎo)致十分嚴(yán)重的后果。并聯(lián)機(jī)床的加工精度問題是目前限制并聯(lián)機(jī)床商業(yè)化、產(chǎn)業(yè)化主要瓶頸。而運(yùn)動學(xué)標(biāo)定是提高并聯(lián)機(jī)床加工精度的最經(jīng)濟(jì)而有效的手段。本文對5-UPS/PRPU 5自由度并聯(lián)機(jī)床的驅(qū)動輸入及運(yùn)動學(xué)標(biāo)定進(jìn)行了深入研究，主要研究內(nèi)容如下： 基于約束螺旋的相關(guān)性，對5-UPS/PRPU并聯(lián)機(jī)床進(jìn)行了驅(qū)動

2、輸入選擇研究。在5-UPS/PRPU并聯(lián)機(jī)床中共有6個(gè)P副可以方便做主動副，由于該機(jī)床只有5個(gè)自由度，所以對于該機(jī)床來說共有6種驅(qū)動輸入組合。分別假設(shè)將各輸入組合中對應(yīng)的運(yùn)動副剛化后，重新確定分支約束螺旋，再把各分支約束螺旋組成約束螺旋系。如果約束螺旋系的秩為6，則采用該種驅(qū)動輸入組合合理，否則不合理。選擇結(jié)果表明在5-UPS/PRPU并聯(lián)機(jī)床中存在5種合理驅(qū)動輸入組合。 將約束力/力矩矩陣的最小奇異值與最大奇異值之比定義為約束

3、力/力矩各向同性度，并以此為指標(biāo)對各驅(qū)動輸入組合的優(yōu)劣性進(jìn)行評價(jià)。然后，讓動平臺做三種典型運(yùn)動并利用數(shù)學(xué)計(jì)算軟件分別計(jì)算各種情況下各種驅(qū)動輸入組合的優(yōu)劣性，最后用動力學(xué)仿真軟件分別對采用各種合理驅(qū)動輸入組合時(shí)機(jī)床對外部驅(qū)動力的需求情況進(jìn)行研究。最終結(jié)果表明以5個(gè)UPS分支中的P副為主動副的驅(qū)動輸入組合是最優(yōu)組合。 對影響并聯(lián)機(jī)床精度的誤差來源及提高精度的措施進(jìn)行分析，結(jié)合5-UPS/PRPU并聯(lián)機(jī)床的PRPU分支能夠?qū)悠脚_的位

4、姿進(jìn)行檢測這一特點(diǎn)，提出了兩種標(biāo)定算法。第一種是兩步法，首先對PRPU分支進(jìn)行運(yùn)動學(xué)標(biāo)定，然后利用該分支對動平臺的位姿進(jìn)行準(zhǔn)確測量，再利用UPS分支的運(yùn)動學(xué)反解為約束條件，建立運(yùn)動學(xué)標(biāo)定模型。第二種是總體標(biāo)定法，直接控制動平臺變換8個(gè)位姿，利用PRPU分支的正解和UPS分支的反解建立包括PRP[J分支和5個(gè)UPS分支全部運(yùn)動學(xué)參數(shù)的標(biāo)定模型。并將遺傳算法應(yīng)用于實(shí)際并聯(lián)機(jī)床標(biāo)定模型的參數(shù)辨識，避免了常用辨識方法所必需的復(fù)雜的偏導(dǎo)計(jì)算，簡化

5、了標(biāo)定算法。 設(shè)計(jì)了一種適合5-UPS/PRPU并聯(lián)機(jī)床用的非接觸式回零開關(guān)，提出了兩步回零法實(shí)現(xiàn)該并聯(lián)機(jī)床的回零功能。該方法先控制各驅(qū)動桿運(yùn)動到校準(zhǔn)位置，然后以校準(zhǔn)桿長刷新當(dāng)前桿長；再控制各桿運(yùn)動到零點(diǎn)桿長，從而使并聯(lián)機(jī)床回到零位。實(shí)驗(yàn)證明該回零方法可靠、便捷。開發(fā)了5-UPS/PRPU并聯(lián)機(jī)床標(biāo)定控制系統(tǒng)，并利用此系統(tǒng)完成了對該機(jī)床的運(yùn)動學(xué)標(biāo)定實(shí)驗(yàn)，檢測了標(biāo)定前后機(jī)床的定位精度，結(jié)果表明標(biāo)定后機(jī)床的定位精度得到了顯著提高，證