[發明專利]一種消除并聯構型主軸頭終端動平臺轉速波動的方法

有效

• 申請號: 201710470566.4
• 申請日: 2017-06-20
• 公開（公告）號: CN107179746B
• 公開（公告）日: 2019-07-12
• 發明（設計）人: 吳軍;王立平;王冬
• 申請（專利權）人: 清華大學
• 主分類號: G05B19/4103
• 分類號: G05B19/4103
• 代理公司: 北京鴻元知識產權代理有限公司 11327
• 代理人: 邸更巖

1.一種消除并聯構型主軸頭終端動平臺轉速波動的方法，其特征在于該方法包括如下步驟：

1)建立實際轉速與期望轉速之間的約束關系：

式中，與分別為并聯構型主軸頭終端動平臺的實際轉速與期望轉速；|| ||₂為對向量取模，表征轉速大小；τ％為允許的轉速波動范圍；

2)建立笛卡爾坐標系O-XYZ，根據通用數控代碼，獲取終端動平臺的運動信息[A_i B_i]及[A_e B_e]，其中A_i與A_e分別為終端動平臺運動起始與結束時繞OX軸方向的轉角，B_i與B_e分別為終端動平臺運動起始及結束時繞OY軸方向的轉角；

3)建立插補坐標系o-x'y'z'，根據終端動平臺的運動信息，在插補坐標系中進行插補運算：

式中，n為插補點數，t_n為插補周期，θ_i與θ_i-1分別為第i周期及第i-1周期的插補角度；進而得到對應的插補向量為：

這里OC_i為第i周期的插補向量；ox'、oy'及oz'分別為插補坐標系o-x'y'z'的三個坐標軸單位矢量；

4)建立并聯構型主軸頭終端動平臺的瞬時轉速計算公式：

式中，為并聯構型主軸頭終端動平臺的瞬時轉速；F為驅動軸進給速率；K_d(k)為瞬時速度傳遞系數；進而計算并聯構型主軸頭終端動平臺在運動過程中的實際轉速為：

式中，為運動過程中的等效速度傳遞系數，這里的n即為步驟3)中的插補點數；

5)將計算得到的與期望轉速進行比較，判斷是否滿足步驟1)中的約束關系；如果滿足該約束關系，則保持驅動軸進給速率F不變，否則重新計算得到新的進給速率F'為：

進入下一運動過程后，重復步驟1)-5)，從而實現消除并聯構型主軸頭終端動平臺的轉速波動。

2.根據權利要求1所述的一種消除并聯構型主軸頭終端動平臺轉速波動的方法，其特征在于，步驟3)中所述的插補坐標系o-x'y'z'根據如下步驟建立：

1)計算運動過程中的起始向量及結束向量為：

OA＝[-sin(B_i)cos(A_i) sin(A_i) -cos(A_i)cos(B_i)]^T

OB＝[-sin(B_e)cos(A_e) sin(A_e) -cos(A_e)cos(B_e)]^T

式中，OA與OB分別為并聯構型主軸頭終端動平臺運動過程中的起始向量及結束向量；

2)計算插補坐標系o-x'y'z'的三個坐標軸單位矢量為：

通過計算上述三個坐標軸單位矢量即完成插補坐標系建立。

3.根據權利要求1所述的一種消除并聯構型主軸頭終端動平臺轉速波動的方法，其特征在于，步驟4)中所述的瞬時速度傳遞系數根據如下步驟獲得：

1)建立終端動平臺瞬時轉速與各驅動軸瞬時運動速度間的傳遞關系：

式中，及為終端動平臺繞OX軸方向、OY軸方向和OZ軸方向的瞬時轉速；g₁₁(k)、g₁₂(k)、....、g₃₃(k)為瞬時速度傳遞元素；與為各驅動軸瞬時運動速度；

2)瞬時速度傳遞系數的計算公式為：

式中，g_mi、g_mj中m＝1,2,3，i＝1,2,3，j＝1,2,3；ΔZ_i與ΔZ_j為并聯構型主軸頭各驅動軸的運動位移增量，i＝1,2,3，j＝1,2,3。