基于运动仿真的一种可调并联机床工作空间分析

提出以3自由度空间并联机构作为主进给机构,固定平台在水平面上位置可调的一种5自由度并联机床的设计方案.运用Pro/E建立其虚拟运动仿真模型,提出在考虑约束的情况下基于运动仿真进行并联机床工作空间分析的方法,并给出此方法的应用实例.该方法避免了复杂的数学建模与推导,较大程度上减少工作空间分析的工作量.     

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.     

新型并联机床的力／运动传递各向同性性能及其分布

以并联机器人机构为原型的并联机床,其力/运动传递各向同性性能是随其运动平台的位姿变化而变化的。本文应用并联机器人机构学理论,提出基于6-SPS并联三维平台机构的新型6自由度并联机床的力/运动传递各向同性性能评价指标,并给出这些指标在定位姿工作空间内的分布情况,这对该结构形式的并联机床的设计及其任务规划和控制有重要意义。     

基于螺旋理论的并联机床虚拟概念设计及运动分析

提出了并联机床虚拟概念设计的设计过程,采用基于虚拟样机技术的商业软件ADAMS实现了并联机床虚拟样机模型的建立及仿真分析.提出以螺旋理论为指导、以"虚拟样机"技术为验证手段的空间并联机构运动性质分析方法,并用该方法对并联机构自由度的正确求解、机构驱动副选取合理性的判别以及并联机构的型综合等问题进行了研究.     

3 RPRR空间并联机构的自由度及位置分析

根据约束螺旋理论分析3-RPRR空间并联机构各分支的运动螺旋和约束螺旋,确定了该机构只有3个纯移动自由度,并对其输入原件选取的合理性进行了判断。通过D-H法建立各分支连杆坐标系,建立机构的位置方程。最后,利用同伦算法,对该并联机构位置方程进行正解的数值求解。     

3-TPT并联机床奇异性及平稳性研究

以一种新型3-TPT三自由度并联机床为研究对象,建立了该机床的运动学正、反解方程,推导出了该机床的雅可比矩阵及其雅可比逆矩阵,并在此基础上运用Matlab软件对该机床的奇异性及平稳性进行了研究,计算出了该机床雅可比矩阵行列式的绝对值表达式,仿真出了该机床各驱动杆的伸缩速度变化曲线,研究结果表明:该机床具有运动平稳、不存在奇异形位等优点。该研究为并联机床结构最优化设计及性能分析提供了一定的理论依据。     

一种三平移并联激光加工机床的运动学研究及仿真

结合并联机构与激光技术的特点,提出一种三自由度平移并联激光加工机床.介绍了并联激光加工机床的组成部分,并应用机器人机构拓扑理论计算其自由度,进行了并联机构的运动学逆解分析.通过运动学仿真,模拟了机床的运动轨迹,验证了并联激光加工机床运动学性能与设计的合理性.     

一种2转动自由度空间并联机构

提出了一种具有2个转动自由度的空间并联机构。一个垂直于定平台的沿Z方向的转动,另一个方向平行于定平台且方向随着机构的运动而不断变化。根据约束螺旋理论分析了该机构分支的运动螺旋和约束螺旋,并计算了自由度,对其输入原件选取的合理性进行了判断。用D-H法建立各分支连杆坐标系,建立机构的位置方程。     

基于螺旋理论的Delta并联机器人自由度分析

螺旋理论以其几何概念清楚,物理意义明确,表达形式简单等优势,常被用于分析机构的自由度。按照传统的G-K(Grubler-Kutzbach)公式,能较容易地计算出串联机构的自由度,而对于一些特殊机构,尤其是含有闭环子链的复杂并联机构,往往无法便捷、正确地求解其自由度。为解决以上问题,以一种拓扑结构为[3-R(4S)1-RUPU]+R型的Delta并联机器人为研究对象,对其4S闭环子链进行了等效运动副螺旋系的求解,并判别了机构的局部自由度以及公共约束;利用修正的G-K公式,分别对原机构和等效后的机构进行了自由度的验证。结果表明:两种情形下的自由度数均为4,且自由度的性质为3平移1旋转,与实际设计相符。     

基于螺旋理论3-PSS并联机构运动特性分析

基于螺旋理论,分析了一种新的3-PSS并联机构的运动特性.首先将该机构的一个分支拆分成两个串联机构,分别建立了动平台的螺旋运动方程;接着根据结构特点,找到机构的运动约束关系;再根据反螺旋理论中的运动和约束力的关系,得出该机构始终受到三个线性无关的力偶约束力,最终从理论上证明3-PSS并联机构只能有三个平动自由度.结论极大地简化了该机构的其它特性分析,同时该方法对其它少自由度并联机构运动特性分析具有一定借鉴意义.     

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。     

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.     

A direct comparison of the machining performance of a variax 5 axis parallel kinetic machining centre with conventional 3 and 5 axis machine tools

The current trend within the Tool and Die manufacturing sector is to machine components directly from hardened material using high speed 5-axis machining. This has been driven by the increasing requirements for cost competitiveness and lead-time reduction. Significant research effort has been applied to the optimisation of the process with factors such as tooling and machining strategies being considerably improved. However, the underlying structures of the machine tools used have remained unchanged and still consist of a serial kinematic chain. One of the standard justifications for the development of machines designed around parallel kinematic chains is that they should exhibit inherently greater stiffness, have higher axis accelerations and be capable of generating significantly higher cutting forces than conventional serial machines. This suggests that they should be ideally suited to the direct manufacture of tools and dies from hardened material.The comparison of different machine tool types is a complex and difficult process, particularly when their structures are fundamentally different. This paper describes an approach used to compare the performance of three very different types of machines. The technique uses two parameters; surface finish and geometric accuracy to assess the relative performance of different machine tools when cutting hardened material. The method is used to compare a serial kinematic 5-axis machining centre, a serial kinematic 3-axis machining centre and a parallel kinematic 6-axis machining centre.The results of the comparison are presented in this paper and show that all the machine tools performed to an equal standard for materials with a hardness of 54HRc but for very hard materials, 62HRc, the parallel kinematic machine out performed the serial machine tools.     

三自由度并联机床动态有限元分析

对并联机床进行动态性能分析有着重要意义。应用工程分析软件,建立了一种三自由度并联机床整机的有限元模型,对整机进行了模态分析,提取了整机前十阶固有频率和振型。为了解各阶频率对机床动载荷的响应情况,在模态分析的基础上对整机进行了谐响应分析,得到了动平台、球铰、滑鞍等关键部位的频率位移响应曲线。分析结果表明,机床的第2阶和第4阶固有频率对机床动态性能影响最大。球铰结合部为机床结构中薄弱环节,由此提出了机床结构优化设计建议,将球形铰链更换为虎克铰链,从而提高了机床的动态性能。     

Kinematic calibration of a hexapod of simple design

To benefit from the advantages of parallel kinematic machines (PKM) in industrial applications an efficient kinematic calibration is of particular importance. In this paper a new approach for kinematic calibration of PKM is presented that has been developed and successfully tested on a hexapod at the IWM Dresden. The approach particularly respects the concept of simple design that aims at a cost-effective and economic over-all solution. Aspects of calibration that are in many cases not explicitly accounted for are considered. A simple and robust double-ball-bar (DBB) is used for data acquisition while continuously moving the platform on a specific trajectory in 6 degrees of freedom (dof). The measuring trajectory is optimized to ensure the identifiability of kinematic parameters, respecting their sensitivity and orthogonality in the workspace. Parameter identification is based on Genetic algorithms with customized genetic operators as well as real and simulated measurements. A significant rise of motion accuracy was obtained in the whole workspace. We would like to thank the German Research Foundation (DFG) for their kind support.     

新型6-SPS三维平台并联机床工作空间研究

工作空间是并联机床的重要性能指标。研究了一种以 6 -SPS并联三维平台机构为原形的新型 6自由度并联机床的工作空间 ,基于位置反解方程并考虑其结构约束条件 ,求出其定位姿工作空间任意截面的轮廓图 ,分析了机床结构参数对工作空间大小的影响 ,这对该并联机床的合理设计和使用很有意义。     

并联机床振动仿真分析

以三平动非对称并联机床(3-2SPS)为研究对象,研究单支链各个机构的振动模型,并推导出整条支链的等效振动模型,建立单支链以及机床整机的多自由度振动系统的微分运动方程,运用MATLAB软件对多自由度无阻尼振动的多阶固有频率进行仿真分析,得到机床在工作空间内前两阶固有频率,为机床后续的优化设计和加工生产提供了参考。     

基于并联机构的核雕专用设备的设计与研究

设计一台用于果核雕刻的专用设备,该设备不同于普通数控机床,而是采用并联机构。利用六连杆通过滑块带动活动平台产生各自由度的运动,控制雕刻笔实现对果核的雕刻。各连杆采用步进电机驱动,并通过Windows环境下的软件编程和运动控制器实现对整个雕刻系统的控制。同时,果核不同于普通工件,其形状不规则,且易碎,遂在设计雕刻机的同时,设计了一套专用夹具。