三平动冗余驱动并联机床误差分析及标定方法的研究

以三平动非对称冗余驱动(3-2SPS)并联机床为研究对象,对该机构进行运行学分析,在此基础上以矢量微分法建立包括球铰铰链点、伸缩杆杆长、冗余线性模组的位置和方向向量在内的48个结构参数的误差雅可比矩阵,并在MATLAB中计算得到各误差源对机床动平台末端位姿的影响。建立基于运动学逆解的标定模型,并用Gauss-Newton非线性最小二乘法求解出机构48个结构参数的实际值,通过MATLAB仿真验证了标定算法的有效性。研究结果为3-2SPS非对称冗余驱动并联机构的实际应用提供了理论依据。     

加接触测量杆的并联机床动平台位姿测量方法及其在闭环控制中的应用

本文通过比较现有的并联机床动平台位姿检测方法，提出一种精度高，成本低、适合在工厂环境中工作、容易实现的接触式位资测量方法，分析了其特点和误差来源并将其应用于并联机床全闭环控制中，提出一种根据测量杆杆长推算驱动杆杆长的基础算法，最后给出并联机床全闭环控制的总体控制简图和单杆的控制框图。     

一种驱动冗余并联机床的铰链间隙误差分析

基于并联机构运动学及概率论,对一种3-DOF驱动冗余并联机床进行了铰链间隙误差分析,分析了球铰间隙对动平台中心点位姿的影响.得到了动平台中心误差分布函数.为驱动冗余并联机构误差分析提供了理论基础,同时为提高并联机床精度提供了理论方法.     

五自由度并联机床的误差分析

基于三杆五自由度并联机床机械结构,建立了误差分析数学模型。通过对并联机床静态误差分析,得到固定平台铰链点位置误差、伸缩杆长度误差对活动平台中心点位置误差影响的显式表达式,以及活动平台的姿态误差对活动平台中心点位置误差影响的显式表达式,为并联机床实时误差补偿提供了理论基础。     

用激光跟踪仪标定并联机床的理论探讨

本文介绍了两种利用激光跟踪仪的测长功能标定并联机床的方法，第一种是将某一根杆固定不动，使动平台被动变化三个位姿，求得铰链点在动平台上的坐标，然后只固定杆长，使动平台被动移动，求出静平台的铰链点的实际坐标和初如杆长。第二种方法是使动平台任意主运动，根据测是的数据，用牛顿迭代法计算出动静平台上的铰链点位置和初始杆长。本文只使用激光跟踪仪的测长结果，避免了角度测量带的误差，标定结果更加准确。     

5-UPS/PRPU五自由度并联机床基准位形的确定

确定了5-UPS/PRPU五自由度并联机床的刀尖点的空间搜索范围,计算出该搜索范围内动平台的位姿,将这些动平台位姿进行几何约束条件的检验,通过对满足几何约束条件的动平台位姿的雅可比矩阵的3个灵巧度指标分析,以综合误差系数为机床性能评价指标,搜索出并联机床的基准位形,为并联机床工件坐标系定位算法的研究提供了理论基础。     

基于多传感器数据融合的并联机构定位方法

针对并联机构动平台上主轴动态定位问题,将电子罗盘及摄像头运用于并联机床动平台的位姿测量,提出一种基于多传感器数据融合的并联机床动态定位新方法.该方法融合动态惯性测量数据、机构各支链的编码器信息以及视觉信息,通过动态计算置信距离关系矩阵,实现并联机床动平台位姿(位置和方向)的精确定位.通过一个单方向运动动态测量的简化试验,对并联机床动平台的6自由度位姿测量进行仿真研究,证实该定位方法的有效性.     

三自由度混联机床的机构误差分析与仿真

文章提出了一种新的三自由度混联机床构型,基于Solidworks建立其三维实体模型.利用误差独立作用原理,建立了误差分析数学模型.通过矩阵分析方法结合运动学徽分方程,分析了并联机床静态误差,得到固定平台校链点位里误差、驱动杆长度误差与运动平台位里误差的映射关系,并对机构误差在工作空间内的分布规律进行了仿真,为混联机床的误差补偿提供了理论基础.     

变轴数控机床面向对象逆运动学标定法

变轴数控机床是一种新型机床,通常利用误差分析和标定提高其精度。本文围绕误差分析,对刀具位姿误差进行分离,定义并证明了机床平动时转角误差恒零线;针对机床静平台铰链点实际位置很难直接标定的问题,提出面向对象逆运动学标定法,通过面向控制对象进行测量以及求解逆运动学方程组,得出静平台铰链点实际位置,还提出渐进性标定的概念。此方法简便可行,具有实际意义。     

3TPT并联机构的误差补偿方法

以三平移并联机器人为研究对象,建立3TPT机构参数、机构误差以及动平台位姿误差的关系方程;在求解位姿误差正解模型的基础上,对其精度补偿进行了较系统的研究,从理论上推出一种机构位姿精度补偿的方法.该方法通过对机器人支链驱动杆补偿量的控制,来提高输出位姿精度.通过典型实例校核证实了该方法的有效性.研究结果为机器人的实际精度补偿与精度控制提供了新的理论,对于优化3TPT并联机器人的机构设计有重要意义.     

三平动冗余驱动并联机床工作空间与运动学分析

以三平动非对称冗余驱动(3-2SPS)并联机床机构为研究对象,并对该机构进行工作空间和运动学分析。建立该机构的位置反解模型,并得到带约束条件的位置反解运动方程,利用边界数值搜索法,确定并联机构的工作空间。采用Matlab曲线拟合[1]确定杆长变化与动平台运动位姿关系方程,以此分析冗余驱动滑块位于不同位置状态下,每个杆长的速度、加速度。研究结果为3-2SPS非对称冗余驱动并联机构的实际应用提供了理论依据。     

一种轻型仿人机械臂关节并联机构设计

基于人体上肢手臂结构特点与运动特性，提出一种轻型仿人绳驱动协作机械臂结构，完成了3-RRRR-（UPU）腕关节并联机构设计；弓形连杆铰链中心连线两两对角相交，交点随动平台相对静平台作球面纯滚动，形成椭圆运动轨迹。构建虚拟圆逼近椭圆误差模型，采集不同尺寸下并联机构运动误差数据进行插值优化处理，得出插值优化模型；在动、静平台分别建立动、静坐标系，构建并联机构运动学简图，完成正运动学分析。通过正运动学分析结果推演出绳索长度与并联机构末端动平台位姿关系，并通过逆运动学分析验证机构正运动学分析。     

冗余约束减小间隙误差对并联机床精度的影响

文章针对一种新型结构的三自由度冗余并联机构进行了间隙误差分析，提出了冗余结构的铰链间隙误差模型，分析了冗余并联机构铰链间隙对动平台中心点位置的影响，得到了动平台中心误差分布函数。提出了采用冗余支链间隙分布的限制以降低间隙对并联机床精度影响的方法，分析结果表明可有效提高机床精度。     

基于D-H矩阵的3-URS并联机构位姿误差建模与分析

针对3-URS并联机构进行了运动学分析,利用D-H变换矩阵对其进行位姿分析,推导得到其运动学正解模型,在此基础上利用矩阵微分理论结合D-H矩阵得到了单条支链的位姿误差模型,最终得到全面考虑各关节处的误差来源(制造误差、安装误差、磨损误差等)的动平台位姿误差模型。应用该数学模型进行计算,并对3-URS并联机构的误差进行分析,给出了动平台末端误差随驱动角α_1,β_1的变化规律,通过该规律可得到误差敏感点,在工作过程中应注意避免。该误差模型的建立对3-URS并联机构的制造,及位姿控制的精度补偿有参考价值。     

3-PCR并联机构精度分析

首先,对3-PCR并联机器人机构进行建模,基于微分原理,通过求解3-PCR并联机构的位置微分方程,得到了机构的精度分析模型。然后,使用MATLAB仿真来分析各主要误差源对该机构动平台精度的影响(主要误差源有主动副转动误差、结构参数误差和位姿变化引起的误差)。最后,通过以上分析对3-PCR并联机器人机构的实际误差补偿与控制奠定了理论基础。     

并联机床误差控制和补偿的流程

并联机床的误差是目前制约并联机床在高精度场合应用无法回避的主要因素。并联机床误差控制和补偿的总流程是从减小并联机床的设计误差开始,先控制并联机床的设计和制造误差,再在并联机床的使用中逐项补偿或综合补偿并联机床的误差。逐项补偿并联机床误差的流程是先补偿刀具和铰链坐标的温度误差,再补偿杆长误差,并在并联机床加工工件的刀位数据中逐项、依次间接补偿误差。综合补偿误差的流程是先综合补偿并联机床的误差,再分别模拟加工和试加工,在模拟加工和试加工的刀位数据中补偿误差,直到工件达到加工要求为止。     

一种新型六自由度并联机器人设计

为了扩大并联机器人的工作空间,减少整体尺寸,设计一种新型的六自由度并联机器人,它由6个SPS支链连接动平台与滑块,滑块绕定平台旋转以改变动平台位姿。通过在静平台与动平台分别建立静坐标系与动坐标系得到变换矩阵,进而求得六自由度并联机器人的位姿反解,即每个滑块的位置。在得到此并联机器人位姿信息后将每个支链视为二力杆求出每个滑台的受力情况,进而计算得到此并联机器人各位姿驱动力。并提出一种通过线圈拖拽钕磁铁的驱动方式。该新型并联机器人具有Z轴转动不受限制的特点,极大地扩展了其运动范围,且相对常规并联机器人结构尺寸极大减少。     

新型3UPS+1RPU混联机床的静刚度与动态特性分析

以一种新型3UPS+1RPU混联机床作为研究对象,对该混联机床在不同位姿下的刚度和动态特性进行研究。首先运用Solid Works对该混联机床建立三维实体模型,然后导入到有限元分析软件ANSYS Workbench进行刚度分析,找出了机床刚度的薄弱部位,通过比较得知位姿α下机床的刚度好于位姿β,并得出刚度随位姿变化的规律。然后进行模态分析,得到不同位姿下机床的1~6阶固有频率和振型,找出机床运动过程中易发生共振的位置;在模态分析的基础上,对该混联机床进行谐响应分析,得出动平台在X,Y,Z轴方向的位移响应曲线,找出该机床应该避开的敏感频率,并通过比较得知位姿α下的混联机床动态特性好于位姿β。因此得出结论:机床在加工零件的过程当中,应尽量避免达到极限位置(位姿β),从而使机床保持较高的刚度和较好的动态特性。     

三自由度可调并联机构的位置与运动学分析

针对一种三自由度的球面并联平台机构,基于符号-数字方法,建立了机构的位置正解数学模型,在此基础上推导出了末端执行器(动平台)球铰质心点的速度、加速度的正反解数学模型,研究了机构的运动学特性。利用Matlab符号运算对模型进行实例求解,验证了该方法的正确性。研究了调节驱动杆杆长和速度时动平台位置的变化规律,对该机构的动力学研究提供了基础。     

并联机床关键零部件精度设计

本文以并联机床主模块中平行四边形支链为研究对象,在已知动平台位姿误差许用值条件下反求各尺寸链误差,并确定平行四边形支链的精度设计方案。