3-TPT 型并联机床的精度分析与仿真

为提高3-TPT型并联机床的运动精度,解决杆长误差和铰链间隙误差的影响问题,将3-TPT型并联机床的各条支链作为假想的单开链,利用矩阵法结合从运动学方程微分得到的结论,推导出杆长误差和铰链间隙误差与终端动平台位置误差的映射关系.以东北大学研制的3-TPT型并联机床为模型,在MATLAB下利用蒙特卡洛方法分析了工作空间内杆长误差和铰链间隙误差对终端运动精度的影响规律.仿真结果表明,该机床的终端输出误差较小,约为输入误差的1/15～1/12.5,基于该构型的试验平台可达到较高的运动精度.     

一种大摆角五轴联动混联机床并联模块的误差分析

为提高大摆角五轴联动混联机床的运动精度,解决杆长误差以及铰链间隙误差的影响问题,将该机床并联模块的各条运动支链作为假想的单开链,采用误差独立作用原理建立并联模块的误差模型,利用微分法推导出杆长误差、铰链间隙产生的位置误差与机床动平台位置误差的映射关系。然后采用MATLAB软件对误差影响因子对机床动平台运动精度的影响规律进行仿真分析。由仿真结果看出,该机床动平台的输出误差处于合理范围,误差影响因子对机床运动精度影响不大,该误差模型的建立为进一步优化机构设计及误差补偿奠定了基础。     

3-TPT并联机构姿态误差对整体加工精度影响研究

并联机构的误差是影响其精度的重要因素,分析各项误差源对动平台误差的影响,对降低误差、提高并联机构精度有着重要意义。通过分析并联机构姿态误差对整体加工精度的影响,以3-TPT并联机构为例,建立机构运动学方程后进一步建立机构误差的数学模型。在建立误差模型的基础上利用MATLAB软件对机构的误差模型进行仿真分析。对结果分析表明3-TPT并联机构姿态误差对整体加工精度影响在机构工作平面中心点处附近较小且随x轴位置变化精度影响较大。研究对全面分析3-TPT机构工作精度具有重要影响,其结论也可以用于并联机构尺寸优化和误差补偿。     

3-TPT型并联机床刚度分析

以3-TPT型并联机床为研究对象,对机床运动平台的刚度进行分析。首先从运动平台所受作用力和发生位移的关系角度出发,建立刚度模型,并得到机床静刚度的度量指标;然后计算分析上下平台外接圆半径差对机床静刚度的影响;最后在MATLAB环境下,对机床运动平台在工作空间的静刚度情况和各坐标方向上的位置偏差进行分析,研究结果表明:运动平台在中心处具有较大刚度,远离中心时刚度下降,且Z方向刚度下降较快,X和Y方向刚度降低较为缓慢,这一分析为3-TPT型并联机构的优化设计应用提供了理论依据。     

3-TPT并联机床动力学仿真

首先应用拉格朗日法建立并联机床的动力学模型,由拉格朗日方程展开后得到动力学方程的标准形式;其次结合一个实例,应用Matlab仿真软件对3-TPT并联机器人各杆的杆长与时间的变化及各杆驱动力与时间的变化进行了仿真;最后经分析可知驱动力呈周期性变化,且在加速和减速阶段有突变.所以该并联机床动平台在匀速阶段运动平稳,而在加速和减速阶段存在振动.     

基于Creo及SimMechanics对3-TPT并联机构的运动学仿真与模拟

针对一种3-TPT并联机构进行运动学模拟仿真,利用Creo 2.0建立了虚拟样机模型,并推导出了并联机构的运动学正、逆解方程。借助于Matlab中SimMechanics模块的系统动态建模功能,创建了3-TPT并联机构运动模型;利用Simulink和模糊控制箱建立了模糊PID控制器,将其与SimMechanics模型连接,对3-TPT并联机构进行动态仿真模拟,得出伸缩杆位速度变化曲线;通过对曲线的分析研究,可以得出该并联机构的运动平稳性较好。该方法能够直观地对并联机构进行可视化运动分析,进而可为3-TPT并联机构的结构参数优化、性能分析及模糊PID控制器的设计提供参考依据。     

两种3-TPT并联机构的自由度及运动仿真研究

本文在分析了两种3-TPT并联机构自由度的基础上,借助ADAMS软件对这两种机构的动平台自由度、运动类型进行仿真分析。万向铰布局方式的不同,导致3-TPT并联机构动平台运动性质改变。通过仿真形象直观地证明了这一点。为进一步研究3-TPT并联机构的运动控制及优化设计提供有价值的参考。     

5-UPS/PRPU五自由度并联机床精度分析

介绍了一种新型的5—UPS/PRPU五自由度并联机床，采用矩阵法建立了该并联机床的误差模型，利用蒙特卡洛技术模拟分析了驱动杆杆长误差、球铰以及虎克铰间隙对终端平台误差的影响，最合对机床的精度进行了实例分析，为该机床样机的顺利研制奠定了基础。     

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.     

3-TPT并联机器人静力学研究与仿真

以3-TPT并联机床为研究对象,研究该机床在承受静态外力负载时静力学问题。首先根据静力平衡原理建立静力学逆解方程,推导静力矩逆解方程,然后进行实际校核,最后对机床的运动平台静力学特性进行仿真。研究结果表明:运动平台所受的切削力不超过3个杆所受驱动力最大值的2倍,输出过程中不存在突变;运动平台所受的外力矩不超过平行机构内力矩的1.5倍,输出过程中沿Z方向存在突变,此时机床会发生轻微振动。文中研究为并联机床结构优化设计和动力学研究提供理论依据。     

关节间隙对并联机床精度的影响规律研究

由于关节间隙的存在，并联机构末端执行器经常会产生一些运动误差，这些误差的大小与关节间隙的大小、关节位置和机构姿态都有关系。对某四自由度混并联机床进行了运动学分析，在ADAMS软件中建立了该机床并联机构的虚拟样机，采用接触力方式定义了机构关节间的传动关系，通过运动仿真研究了部分关节间隙对机构运动精度的影响规律，验证了方法的可行性。     

基于Pro/E的并联机床动态仿真

利用Pro/E 软件设计出3-TPT并联机床机构,对各个零件进行建模.利用该软件的结构模块对各个构件进行装配,并对驱动杆添加驱动器,并设置好驱动器的参数.运用机构模块对构件的装配进行仿真,以观察整个机构的实际运动过程.对运动过程所得的结果进行分析,同时检查构件间是否存在干涉,最后生成并联机床运动过程的视频文件.     

基于VB的可视化设计计算系统研究与实现

对可视化设计计算系统的内涵、特点以及开发流程进行了综合性研究.以3-TPT并联运动机床为研究实例,利用VB开发了该机床的运动学可视化设计系统.该系统以可视化的界面接收用户输入的参数,可以快速实现机床的位置、速度、加速度的计算与仿真,并能以位图动画的形式模拟机床的运动状态.实践表明,开发可视化设计系统能将研究成果快速应用于工程设计.     

基于遗传算法的3-PRS并联机床的运动学标定分析研究

针对并联机床运动中存在偏差的问题,提出了基于结构参数和遗传算法的逆向运动学标定方法,推导出了并联机床误差标定的模型。该方法不需要求并联主轴平台的正向解,避免了并联机构相对复杂的正向运动分析问题。计算表明:利用名义机床结构参数计算的逆向运动误差明显大于标定的结构参数得到的逆向运动误差;标定后的三个圆柱铰和球铰的位置更接近于名义位置,说明误差标定可以对机床结构进行校正。     

激光加工用三平移并联机床的分析与研究

设计与研究了一种用于激光加工的三平移并联机床。介绍了并联机床的组成及部件间的连接关系。通过应用并联机构拓扑结构理论对并联机床的自由度进行了分析,得出其自由度输出为三平移。通过建立杆长约束方程,得到并联机床机构的运动学位置逆解方程。应用几何法对并联机床工作空间进行了分析与求解,并得出工作空间与机床机构参数之间的关系。通过建立并联机床的几何参数误差模型,得到机床动平台的输出位置误差,进而为并联机床生产和运动控制提供理论依据。     

基于ADAMS的并联机床动力学逆解仿真

以3-TPT并联机床作为研究对象,利用MATLAB软件对其进行动力学逆解仿真,并做出各杆轴向驱动力的理论变化曲线。然后,在ADMAS/View中,对并联机床各个零件进行建模并装配,并对其进行仿真,从而得到了各杆移动副合力的变化曲线。最后,通过同理论变化曲线相比较,从而验证了动力学逆解方程的正确性。同时也说明该并联机构在空间运动时,具有良好的平稳性。利用虚拟样机技术对并联机床运动学进行研究,避免了复杂的数学建模与推导,从而大大缩减了运动学分析工作量。     

基于卡尔曼滤波数据融合的并联机床动态定位方法

针对并联机床动平台上主轴动态定位问题,将惯性传感技术运用于并联机床动平台的位姿测量,提出一种基于卡尔曼滤波(Kalman filtering,KF)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和机床各腿(支架)的编码器信息,通过KF算法补偿动态测量误差和计算误差,从而实现并联机床动平台位姿(位置和方向)的精确定位。详细介绍KF算法中惯性系统模型和外部测量模型的建立过程,以及测量变量与状态变量间的关系矩阵的推导过程。最后,进行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,初步证实了该位姿算法的有效性。     

基于Kane方程的3-TPT并联机构动力学研究

以3-TPT并联机构为研究对象,进行动力学方面的研究。首先,以Kane方程为基础,从运动学角度出发,分析运动平台和各个驱动杆件的速度、加速度之间的关系;然后,运用Kane法建立3-TPT并联机构的动力学方程;最后,在MATLAB环境下进行驱动力和时间关系的仿真分析。分析结果表明,3-TPT并联机构有效驱动力呈周期性变化,且在加速和减速阶段有突变,这会引起平台的震动。     

一种4自由度冗余并联机床的控制

在一台非冗余4自由度并联机床上添加一条具有主动驱动的冗余支链,构造4自由度驱动冗余并联机床,研究其控制策略。基于相应的非冗余并联机床的位置控制,对冗余机床的冗余支链采用力控制方式以控制冗余支链的内力,其他运动支链采用位置控制以保证机床的运动精度。在推导出控制系统传递函数的基础上,分别分析控制系统的稳定性、抗干扰能力和响应性能。最后将位置/力控制方式集成到冗余机床的数控系统中,并进行试验研究。通过机床沿圆形轨迹运动的轮廓误差试验证明此控制方式可以保证冗余并联机床和对应的非冗余机床具有相似的轮廓误差,而且冗余支链减小了非冗余伸缩支链中的间隙,从而证明了冗余支链力控制工程的有效性和可行性。     

HexaM并联机床的误差分析及补偿

以丰田工机公司制造的并联机床HexaM为模型,阐述了并联机床的运动学逆解析和顺解析方法、误差建模和补偿方法。提出了根据并联机床刀具运动误差求解机床制造误差的方法。通过机床运动的仿真,证实了用求出的机床误差进行误差补偿,能够有效地减小机床运动误差,从而为提高并联机床运动精度提供了一种解决方案。