[發(fā)明專(zhuān)利]一種用于并聯(lián)構(gòu)型主軸頭的動(dòng)力學(xué)標(biāo)定方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201811209665.8
• 申請(qǐng)日: 2018-10-17
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN109241675B
• 公開(kāi)（公告）日: 2022-12-06
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王立平;王冬;吳軍;葉豪
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 清華大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): G06F30/17
• 分類(lèi)號(hào): G06F30/17;B23Q17/00;G06F119/14
• 代理公司: 北京鴻元知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11327
• 代理人: 邸更巖

本發(fā)明公開(kāi)了一種用于并聯(lián)構(gòu)型主軸頭的動(dòng)力學(xué)標(biāo)定方法，屬于機(jī)床技術(shù)領(lǐng)域。該方法首先建立直線進(jìn)給運(yùn)動(dòng)過(guò)程中并聯(lián)構(gòu)型主軸頭的動(dòng)力學(xué)模型，確定動(dòng)力學(xué)參數(shù)；建立解耦多項(xiàng)式模型，用于對(duì)動(dòng)力學(xué)參數(shù)進(jìn)行計(jì)算；進(jìn)一步根據(jù)解耦多項(xiàng)式模型的特點(diǎn)，設(shè)計(jì)具有最少測(cè)量位姿的標(biāo)定實(shí)驗(yàn)方案，通過(guò)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)計(jì)算解耦多項(xiàng)式模型的實(shí)際系數(shù)，最終完成并聯(lián)構(gòu)型主軸頭的動(dòng)力學(xué)標(biāo)定。最終有效解決了并聯(lián)構(gòu)型主軸頭動(dòng)力學(xué)參數(shù)計(jì)算不準(zhǔn)確的問(wèn)題，大幅提高了動(dòng)力學(xué)參數(shù)的計(jì)算精度。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于機(jī)床技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及并聯(lián)構(gòu)型主軸頭的動(dòng)力學(xué)標(biāo)定問(wèn)題。

背景技術(shù)

與串聯(lián)機(jī)構(gòu)相比，并聯(lián)機(jī)構(gòu)在理論上具有很多優(yōu)點(diǎn)，例如更高的剛度質(zhì)量比，更強(qiáng)的加速能力，更好的動(dòng)態(tài)性能以及運(yùn)動(dòng)精度。由于這些優(yōu)點(diǎn)，在過(guò)去的二十年中，基于并聯(lián)機(jī)構(gòu)的工業(yè)裝備被大量研發(fā)，例如并聯(lián)機(jī)床，高速拾取機(jī)器人，微動(dòng)平臺(tái)以及工業(yè)機(jī)器人。在這些應(yīng)用中，并聯(lián)構(gòu)型主軸頭已被應(yīng)用于航空制造領(lǐng)域，同時(shí)有大量新的并聯(lián)構(gòu)型主軸頭被相繼提出，但在實(shí)際應(yīng)用中，只有少量并聯(lián)構(gòu)型主軸頭滿(mǎn)足加工需求，大多數(shù)并聯(lián)構(gòu)型主軸頭的實(shí)際性能并不理想，尤其是動(dòng)態(tài)性能。因此，針對(duì)并聯(lián)構(gòu)型主軸頭進(jìn)一步開(kāi)展動(dòng)力學(xué)研究是非常必要的，而在這其中，如何保證并聯(lián)構(gòu)型主軸頭動(dòng)力學(xué)參數(shù)的計(jì)算精度是一項(xiàng)亟待解決的關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題。

對(duì)于并聯(lián)構(gòu)型主軸頭，具有高精度的動(dòng)力學(xué)計(jì)算模型是非常重要的。通常，可以基于理論動(dòng)力學(xué)模型與名義參數(shù)對(duì)并聯(lián)構(gòu)型主軸頭的相關(guān)動(dòng)力學(xué)參數(shù)進(jìn)行計(jì)算，但是這種方法的計(jì)算精度往往較低，無(wú)法滿(mǎn)足工業(yè)應(yīng)用的需求。動(dòng)力學(xué)參數(shù)辨識(shí)是一種提高動(dòng)力學(xué)計(jì)算精度的傳統(tǒng)方法，通過(guò)辨識(shí)實(shí)驗(yàn)修正相關(guān)動(dòng)力學(xué)參數(shù)，減少計(jì)算值與實(shí)際值間的誤差。但是對(duì)于并聯(lián)構(gòu)型主軸頭，由于多閉環(huán)支鏈的復(fù)雜結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，在動(dòng)力學(xué)方程的推導(dǎo)過(guò)程中含有大量矩陣求逆及參數(shù)耦合問(wèn)題，難以獲得具有歸一化形式的辨識(shí)矩陣；而在另外一方面，動(dòng)力學(xué)參數(shù)辨識(shí)需要大量的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，會(huì)帶來(lái)較大的實(shí)驗(yàn)工作量。

標(biāo)定技術(shù)是修正模型，保證模型計(jì)算精度較為有效的一種手段，但目前針對(duì)并聯(lián)構(gòu)型主軸頭，還有沒(méi)一種有效的動(dòng)力學(xué)標(biāo)定方法，尤其是如何結(jié)合并聯(lián)構(gòu)型主軸頭結(jié)構(gòu)特點(diǎn)提出相應(yīng)的計(jì)算模型，并設(shè)計(jì)具有最少測(cè)量位姿的標(biāo)定實(shí)驗(yàn)方法。因此，針對(duì)并聯(lián)構(gòu)型主軸頭，提出有效的動(dòng)力學(xué)標(biāo)定方法，對(duì)保證動(dòng)力學(xué)參數(shù)的計(jì)算精度具有重要的意義。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是通過(guò)提出一種用于并聯(lián)構(gòu)型主軸頭的動(dòng)力學(xué)標(biāo)定方法，有效保證并聯(lián)構(gòu)型主軸頭動(dòng)力學(xué)參數(shù)的計(jì)算精度。

本發(fā)明的技術(shù)方案如下：

一種用于并聯(lián)構(gòu)型主軸頭的動(dòng)力學(xué)標(biāo)定方法，其特征在于該方法包括如下步驟：

1)建立直線進(jìn)給運(yùn)動(dòng)過(guò)程中并聯(lián)構(gòu)型主軸頭的動(dòng)力學(xué)模型：

式中，F(xiàn)_i為并聯(lián)構(gòu)型主軸頭的驅(qū)動(dòng)力，i＝1,2,…n，n≤6，m_ij為質(zhì)量矩陣元素，j＝1,2,…n， g_i2為重力矩陣元素，a_g為重力加速度；

2)定義動(dòng)力學(xué)參數(shù)如下：

G_i＝g_i2

式中，M_i與G_i為并聯(lián)構(gòu)型主軸頭的動(dòng)力學(xué)參數(shù)；

3)建立解耦多項(xiàng)式模型，用于對(duì)動(dòng)力學(xué)參數(shù)M_i與G_i進(jìn)行計(jì)算：