新型五自由度并聯(lián)機床驅(qū)動輸入選擇與運動學標定研究.pdf

1、并聯(lián)機構(gòu)驅(qū)動輸入選擇問題是機構(gòu)學基本而重要的問題。驅(qū)動輸入選擇的合理與否對并聯(lián)機構(gòu)的運動性能有非常重要的影響，如果選擇不當將可能導致十分嚴重的后果。并聯(lián)機床的加工精度問題是目前限制并聯(lián)機床商業(yè)化、產(chǎn)業(yè)化主要瓶頸。而運動學標定是提高并聯(lián)機床加工精度的最經(jīng)濟而有效的手段。本文對5-UPS/PRPU 5自由度并聯(lián)機床的驅(qū)動輸入及運動學標定進行了深入研究，主要研究內(nèi)容如下： 基于約束螺旋的相關性，對5-UPS/PRPU并聯(lián)機床進行了驅(qū)動

2、輸入選擇研究。在5-UPS/PRPU并聯(lián)機床中共有6個P副可以方便做主動副，由于該機床只有5個自由度，所以對于該機床來說共有6種驅(qū)動輸入組合。分別假設將各輸入組合中對應的運動副剛化后，重新確定分支約束螺旋，再把各分支約束螺旋組成約束螺旋系。如果約束螺旋系的秩為6，則采用該種驅(qū)動輸入組合合理，否則不合理。選擇結(jié)果表明在5-UPS/PRPU并聯(lián)機床中存在5種合理驅(qū)動輸入組合。 將約束力/力矩矩陣的最小奇異值與最大奇異值之比定義為約束

3、力/力矩各向同性度，并以此為指標對各驅(qū)動輸入組合的優(yōu)劣性進行評價。然后，讓動平臺做三種典型運動并利用數(shù)學計算軟件分別計算各種情況下各種驅(qū)動輸入組合的優(yōu)劣性，最后用動力學仿真軟件分別對采用各種合理驅(qū)動輸入組合時機床對外部驅(qū)動力的需求情況進行研究。最終結(jié)果表明以5個UPS分支中的P副為主動副的驅(qū)動輸入組合是最優(yōu)組合。 對影響并聯(lián)機床精度的誤差來源及提高精度的措施進行分析，結(jié)合5-UPS/PRPU并聯(lián)機床的PRPU分支能夠?qū)悠脚_的位

4、姿進行檢測這一特點，提出了兩種標定算法。第一種是兩步法，首先對PRPU分支進行運動學標定，然后利用該分支對動平臺的位姿進行準確測量，再利用UPS分支的運動學反解為約束條件，建立運動學標定模型。第二種是總體標定法，直接控制動平臺變換8個位姿，利用PRPU分支的正解和UPS分支的反解建立包括PRP[J分支和5個UPS分支全部運動學參數(shù)的標定模型。并將遺傳算法應用于實際并聯(lián)機床標定模型的參數(shù)辨識，避免了常用辨識方法所必需的復雜的偏導計算，簡化

5、了標定算法。 設計了一種適合5-UPS/PRPU并聯(lián)機床用的非接觸式回零開關，提出了兩步回零法實現(xiàn)該并聯(lián)機床的回零功能。該方法先控制各驅(qū)動桿運動到校準位置，然后以校準桿長刷新當前桿長；再控制各桿運動到零點桿長，從而使并聯(lián)機床回到零位。實驗證明該回零方法可靠、便捷。開發(fā)了5-UPS/PRPU并聯(lián)機床標定控制系統(tǒng)，并利用此系統(tǒng)完成了對該機床的運動學標定實驗，檢測了標定前后機床的定位精度，結(jié)果表明標定后機床的定位精度得到了顯著提高，證