并联机床数控代码的虚实映射计算

为了有助于并联机床数控系统和仿真系统的开发，克服建立数学模型实现机床数控代码虚实映射计算的缺点，文章提出了综合利用CAD软件的装配约束和尺寸驱动功能来实现虚实映射的方法。给出了并联机床机构简图和虚拟样机实体模型，通过将数控代码进行预处理，进行了并联机床的虚实映射计算，即给定刀具位置和姿态的驱动尺寸、驱动杆件长度的被驱动尺寸，在装配约束作用下驱动尺寸带动整个机构运动，记录杆件长度的被驱动尺寸，求解出杆长的值。计算机模拟结果表明，该方法简捷直观、速度快、求解精度高，可以完成其他多自由度并联机构的虚实映射计算，为并联机构的虚实映射计算提供了更有效的工具。     

用计算机几何技术求解多自由度平面机构的运动

综合采用计算机辅助几何约束、尺寸约束、尺寸方程和尺寸驱动技术，构造一些典型的多自由度平面连杆模拟机构。给定每个输入件的驱动尺寸，确定输出件被驱动尺寸，求解输出运动杆件位姿。利用CAD软件的记录功能，得到机构输出杆件位姿数据。用Excel软件拟合位姿数据，得到每个输入件驱动尺寸与输出件被驱动尺寸位姿拟合曲线和拟合方程。求解了机构输出件的速度和加速度方程。计算机模拟结果表明，该方法简捷直观、求解精度高、重复性好，而且可以完成复杂机构和多自由度机构的运动分析，为机器人和复合运动机构的运动分析提供更有效的工具。     

新型五轴龙门式混联机床的运动学分析

提出了一种五轴联动龙门式混联机床;首先介绍了该机床的模块组成以及加工过程的实现,主要进行了加工中的运动解耦分析;基于驱动支链杆长矢量以及串联模块运动性质,构建了机床的运动学模型;其次假设待加工曲面方程,提取加工过程的走刀路径,完成对该路径下任意时刻刀具位姿参数的推导,为运动学分析奠定基础;最后结合Matlab对所选取的两条走刀路径进行位移输入仿真,结果表明该混联机床整合了串、并联机构的优势,并具有良好的运动学性能;为今后龙门式混联机床的开发和研究提供了一定的参考。     

一种3自由度并联机床的性能分析

混联机床同时兼顾了串、并联机构的优点,已越来越多的应用于复杂零部件的生产加工;提出一种3-RPS构型的三自由度并联机床,基于杆长条件建立了该机床位置反解方程,利用运动副速度投影求解了驱动杆速度输入变化规律,并推导了系统的雅克比矩阵;利用拉格朗日方程,求解了机床动力学模型;为后续对机床的运动学和动力学性能研究奠定了基础。最后结合原型机模型和Matlab对推导结果进行仿真,绘制了运动学和动力学曲线,总结出该机床运动学、动力学性能,结果表明该机床完全满足混联机床中并联模块的性能要求,并能满足航空、航天等复杂零部件和异形曲面的加工需求。     

基于变量几何法的两种并联机床法向加工自由曲面仿真

采用CAD变量几何法,用两种新型5自由度3SPS+RRPU和2SPS+RRPRR并联机床对任意3D自由曲面进行法向加工。通过CAD几何约束和尺寸驱动技术,首先建立两种并联机床的模拟机构,再在并联机构动平台上构造任意3D自由曲面和刀具轨迹的引导平面,与并联机构合成,得到模拟并联机床。保持刀具与自由曲面垂直关系,给定加工路径,各驱动杆长和动平台的位置能自动求解和动态显示。结果表明:CAD变量几何法不仅简单直观,而且省去了大量的编程计算。     

用计算机几何技术求解平面机构动力学的方法

提出用计算机几何技术求解平面机构的动力学。采用CAD的几何约束、尺寸约束、尺寸方程和尺寸驱动等计算机几何技术,构造一些典型平面连杆模拟机构。给定输入件的驱动尺寸,确定输出件被驱动尺寸,求出各个杆件运动位姿和一些杆件之间相互位姿尺寸。根据实际工作载荷和机构特点,构造机构模拟力学分析模型,求出作用杆件关键联接铰点的载荷和输入件上的驱动载荷,利用CAD软件的记录功能,得到机构关键载荷数据曲线。计算机模拟结果表明,该方法不仅具有简捷直观、求解精度高和重复性好的优点,而且可以完成复杂机构和多自由度机构的动力分析,为机构的动力学分析提供更有效的工具。     

一种新型三自由度虚轴坐标测量机机构的误差建模与仿真

设计了一种新型三自由度虚轴坐标测量机机构,给出了其运动学正解模型,依据全微分理论,导出测头位置误差与结构参数误差及3个并联驱动杆长度误差之间的相互关系,从而建立起这种新型并联机构的误差模型;然后利用计算机仿真方法,验证了误差模型的准确性,分析了3个并联驱动杆长度变化以及结构参数误差变化对测头位置误差的影响,为该虚轴坐标测量机机构的加工制造及其误差补偿奠定了理论基础,该并联机构还可用于运动模拟器、并联机床等其它并联运动装备.     

一种五轴联动混联机床的性能分析

混联机床是串、并联机构以及机器人技术的结合,兼顾了各自优点,已越来越多地应用于复杂工件的加工中。提出一种可完成五轴联动的混联机床,同时分析该机床加工过程的实现及原理;基于并联模块中杆长约束条件,构建加工过程中的运动学模型;并利用速度投影,求解出并联模块雅可比矩阵;结合拉格朗日方程以及雅可比矩阵,建立机床动力学模型。最后结合Matlab对理论分析结果进行数值计算,并在已知机床切削量的情况下,求解机床驱动端位移、速度以及驱动力输入情况;结合运动学结果,对机床工作空间进行了分析。结果表明,该混联机床具有良好的运动学、动力学以及大范围工作空间等性能,并能满足复杂零部件的加工,也为混联机床的开发和研究提供理论依据。     

Delta机器人动力学建模与弹性误差分析

针对Delta机器人运动过程中因弹性变形导致的误差问题,基于有限元理论对其弹性动力学问题建立了数学模型并进行了研究。根据机构特点,将机器人的各构件分别划分为刚性体与弹性体,形成了一个刚柔结合的系统,并充分考虑机构中平行四边形机构的运动协调关系,推导出了各构件的运动协调矩阵,由此装配出了系统的弹性动力学方程,在此基础上,采用Newmark积分方法对系统方程进行了求解,最后据此分析了Delta并联机器人杆件截面尺寸对其运动过程中弹性误差的影响。研究结果表明:增加驱动杆截面的尺寸时,其弯曲刚度随之增加,可以减少机器人弹性变形;而从动杆截面的尺寸增加时会因为机构自重增加导致变形增大。     

3-3TPS1S并联机器人机构的运动学研究

针对3-3TPS1S并联机器人机构,提出了一种基于反向运动学的正向运动学求解方法.该方法首先分别以动平台的转动角度和驱动杆的杆长为广义坐标,建立3-3TPS1S并联机器人机构的正、反向运动学模型;然后运用牛顿迭代法进行运动学正向求解.仿真结果表明:该方法求解速度快、精度高,对研究和应用同类机构有一定的参考价值.     

新型3T2R龙门式混联机床动力学模型

提出了一种以能实现沿X、Z轴平移和绕X、Y轴转动的新型并联机构2-RPU2-UPS作为主体,辅以能实现主体Y轴滑动的直线导轨来共同实现五坐标联动加工的一种新型龙门式混联机床的机构设计方案。运用螺旋理论分析了该机床实现3T2R运动原理,计算出该机床的自由度,进行输入选取与论证,并进行机床机构奇异分析,提出减少奇异的参数设计条件。建立该机床的位置反解数学模型,推导出了该机床的速度雅可比矩阵和加速度分析表达式,求解了该机床的位置反解、速度和加速度。基于虚功原理和该机床的运动学模型建立该机床的动力学模型,并采用Adams软件对该机床动力学进行模拟仿真,模拟结果表明理论结果完全正确。     

柔索驱动并联机器人动力学建模与数值仿真

柔索驱动并联机器人采用柔索代替连杆作为驱动元件,并结合了并联机构和柔索驱动的优点。500 m口径大射电望远镜(Five-hundred meter aperture spherical radio telescope, FAST)粗调系统通过6根索长的协调变化使馈源舱作跟踪射电源的6自由度运动,其工作特点与并联机器人类似,因此可被看作柔索驱动并联机器人。基于此,根据FAST 5 m缩比试验模型,首先应用悬链线解析表达式推导出柔索两端固定时索端拉力与索长之间的关系,用于求解特定长度的驱动柔索对处于某一位姿的馈源舱的作用力。其次,对该舱索系统进行逆运动学分析,采用拉格朗日方程建立柔索驱动并联机器人的逆动力学模型。最后,针对FAST 5 m缩比模型的设计方案进行动力学仿真,数值结果表明该动力学建模是合理的。     

6-UPS并联机床误差分布特性

为确定6-UPS交叉杆式Stewart型并联机床BJ-04-02(A)的加工精度特性,运用逆向思维方式,从刀具平台发生给定位置误差、姿态误差时驱动杆长度的变化中获得机床精度信息。计算了工作空间内各位置点、各姿态下刀具平台发生给定位置误差、姿态误差时驱动杆长度的变化量;通过极值、倒数等运算,获得了单位杆长误差引起的刀具平台位置、姿态误差的上下限,并给出了位姿误差在工作空间内的分布特性。     

新型直驱四轴数控机床电机驱动力优化研究

基于模块化设计技术,研究了一种完全由直线电机驱动的新型四轴联动数控机床,并介绍了其基本结构型式。以该机床并联主轴模块为研究对象,基于虚功原理,并结合其运动学特性,建立了该主轴机构的刚体动力学模型。以此,提出了机床配重质量配比优化方法,对单边并联双直线电机驱动力进行了优化。结果表明：在相同运动规划条件下,该方法可显著降低电机负载功率,有效提升数控机床的动态性能。     

基于D-H变换矩阵的Stewart型并联机床位姿方程及运动学反解

以D-H变换矩阵为建模工具,建立了包含铰链结构、支链类型、铰座安装住姿、杆件结构尺寸和运动参数等各类几何特征信息的6自由度并联机床的通用位姿方程,并进行了运动学反解.得到了以显式表达的主、从动关节运动参量计算公式.     

一种串并联型机床及其误差分析

多杆件并联及串并联型机床是正在致力研究和开发的新型加工设备,分析了一种新研制的串联型机床的结构及空间误差,推导并验证了主轴平台空间运动误差的数学模型,通过示例计算探讨了连杆的制造误差和滑座的进给误差给刀具空间运动位置精度和平台姿态的影响。     

基于D-H矩阵的2-RPaRSS并联机构位姿误差建模与补偿

针对4自由度2-RPaRSS并联机构,利用D-H变换矩阵法建立了机构运动学及单条支链的位姿误差模型,并由此得到了机构基于各运动副误差(制造误差、安装误差、磨损误差等)的动平台位姿误差模型;运用该误差模型对2-RPaRSS并联机构的进行了误差分析和计算,给出了机构驱动角对动平台位姿误差的影响情况;同时建立了单支链的误差辨识模型,并由NSGA2算法求得了各误差的近似最优解,通过误差补偿使并联机构的位姿精度得到明显提高。     

基于牛顿-欧拉法的4-UPS-UPU并联机构动力学方程

采用牛顿-欧拉法建立了空间并联机构的动力学方程,用于研究4-UPS-UPU五自由度空间并联机构的刚体动力学建模。分析了4-UPS-UPU并联机构的支链受力和动平台受力情况,基于牛顿-欧拉法推导出了该并联机构的刚体动力学方程。利用Matlab分别对动平台在空载和加载条件下的驱动力进行理论计算,得到了该机构5个驱动杆的驱动力。最后,利用ADAMS对4-UPS-UPU并联机构虚拟样机进行了动力学仿真分析。结果表明:并联机构在Z轴为0.95m的平面内按半径为0.01m的圆轨迹运动时,驱动杆1受力最大,空载时最大值达-760.6N,加载时最大值达-889.7N。理论计算结果和虚拟样机仿真结果基本一致,验证了理论模型的正确性。该项研究为4-UPS-UPU五自由度并联机构物理样机的制造奠定了理论基础,也为其他空间并联机构刚体动力学建模提供了思路。