并聯(lián)機床運動精度及參數辨識方法研究.pdf

1、并聯(lián)機構具有剛度厘量比大、動態(tài)性能好、技術附加值高等優(yōu)點，經過幾十年的研究與發(fā)展，并聯(lián)機床已經成功地應用于航空制造業(yè)、汽車制造業(yè)等領域。串-并混聯(lián)機床則結合了串聯(lián)機構與并聯(lián)機構的優(yōu)點，更好地滿足加工制造業(yè)高速、高精度的發(fā)展趨勢，具有非常廣闊的應用前景和研究價值，受到國內外學者的普遍重視。然而，與傳統(tǒng)機床相比，并聯(lián)機床還存在運動精度水平較低的問題，主要原因在于并聯(lián)機床的結構比較復雜，幾何誤差源的數量較多，且對精度的影響具有較強的非線性特征

2、，對其進行測量、分析和辨識的難度較大。另外，由于自重、慣性力和外部載荷等因素引起的動態(tài)誤差限制了機床的運動精度。目前針對并聯(lián)機床的動力學建模以及動力學參數辨識研究依然是并聯(lián)機床領域的一項研究熱點與難點問題。論文在以前研究的基礎上，分別從運動學與動力學的角度，對一類帶有約束機構的少自由度混聯(lián)機床的誤差分析、運動學標定、動力學參數辨識等方面進行了研究。具體包括以下內容:
　　(1)利用Denavit-Hartenberg矩陣法和閉環(huán)矢

3、量鏈方法，分別針對串聯(lián)、并聯(lián)、混聯(lián)機構的幾何誤差建模方法進行研究，提出一種能夠準確描述復合球鉸內幾何誤差源的誤差建模方法，以此作為誤差分析、運動學標定、精度綜合等研究的基礎。
　　(2)通過五軸并聯(lián)機床與3-TPS混聯(lián)機床的誤差分析，對一類帶有約束混聯(lián)機床內的敏感誤差源及其對末端精度的影響進行了研究。系統(tǒng)地比較、分析兩個機床并聯(lián)機構部分與約束（串聯(lián)）機構部分內單一誤差源對末端位姿誤差的影響，以及各組機構內多種誤差源的綜合影響，結果

4、表明，約束機構部分對末端位姿誤差的影響要比并聯(lián)機構部分更加明顯。
　　(3)根據量子粒子群優(yōu)化算法，對運動學標定問題進行研究。設計基于量子粒子群優(yōu)化算法的運動學標定流程，利用仿真與實驗的方法，分別對五軸并聯(lián)機床的并聯(lián)機構部分與約束機構部分進行了運動學標定研究，標定后機床末端位姿的精度水平有了比較明顯的提高。對串聯(lián)機構與Stewart并聯(lián)機構進行運動學標定，研究將基于量子粒子群優(yōu)化的運動學標定方法推廣至一般串聯(lián)、并聯(lián)機構的方法。

5、r>　　(4)對運動學參數的標定方法進行改進。建立了基于量子粒子群優(yōu)化算法的分步標定流程，針對五軸并聯(lián)機床的并聯(lián)機構部分進行運動學標定仿真，不僅進一步提高了標定后的末端位姿精度，而且機構參數的辨識值與給定值更加接近。然后，同樣對串聯(lián)機構與Stewart并聯(lián)機構進行運動學標定仿真，結果證明基于量子粒子群優(yōu)化的分步標定方法同樣適用于一般的串聯(lián)、并聯(lián)機構。
　　(5)對五軸并聯(lián)機床的并聯(lián)機構部分進行結構優(yōu)化與精度綜合的研究。把并聯(lián)機構內

6、的球型鉸鏈優(yōu)化為復合球鉸;利用影響因子方法，對優(yōu)化前后的并聯(lián)機構進行誤差分析，從理論的角度證明該結構優(yōu)化的正確性;基于誤差分析的結果，對優(yōu)化后的并聯(lián)機構進行了精度綜合研究，提出一種綜合考慮精度與成本因素的加權精度綜合策略。
　　(6)研究五軸并聯(lián)機床動力學建模及動力學參數辨識方法?；诶窭嗜辗椒ǎ⑽遢S并聯(lián)機床的剛體動力學模型;設計動力學參數辨識仿真的辨識軌跡，在不考慮摩擦力的前提條件下，對機床并聯(lián)機構部分的動力學參數進行辨識