一类三自由度冗余驱动并联机构的运动学标定方法

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相比于恰驱动并联机构,冗余驱动并联机构具有更高的刚度、更好的运动柔性以及更少的奇异位姿,可作为五轴混联加工机床的动力头运动执行部件。为实现混联装备的加工精度,必须保证其中的冗余驱动并联机构具有足够的运动精度。有鉴于此,本文以2UPR&2RPS型并联主轴头为研究对象,开展该类三自由度冗余驱动并联机构的运动学标定方法研究,希冀为集成冗余驱动并联机构的五轴混联机床的精度设计与精度实现提供运动学数据参考。相关研究内容如下:(1)运动学分析。首先,简介2UPR&2RPS型并联并联动力头的机械结构并建立了相应的运动分析坐标系。其次,基于闭环矢量链法开展了机构的运动学位置正、逆解并对其进行了验证。最后,开展了给定运动尺度下的2UPR&2RPS型并联机构的工作空间预估。(2)误差建模。首先,利用螺旋理论计算了2UPR&2RPS型并联机构各运动支链的驱动螺旋和约束螺旋。其次,根据支链中各运动关节间的位置关系,建立了各关节连体坐标系并提出支链中冗余几何误差源的消除原则。在此基础上,先通过建立支链的最简误差模型并对其进行整理与零点/几何误差源分离,建立了2UPR&2RPS型并联机构的分离式最简误差模型。最后,基于所建的最简误差模型,分析了机构末端位置误差和姿态误差的分布规律。(3)灵敏度分析。首先,采用蒙特卡洛法,建立了各几何误差源的灵敏度指标。在此基础上,通过灵敏度分析,明晰了各几何误差源对末端运动误差的影响程度。最后,分析了各支链的零点误差对机构末端位置误差和姿态误差的影响规律。(4)运动学标定方法。首先,基于前述的2UPR&2RPS型并联机构误差模型,提出了分层误差辨识方法,先利用Gauss-Newton迭代法辨识机构的零点误差,再利用正则化算法辨识机构的几何误差源。在此基础上,提出了包含粗标定和精标定的两步运动学标定策略。最后,搭建了2UPR&2RPS型并联机构的标定实验平台,依次开展了粗标定与精标定实验,验证了所提运动学标定方法的有效性。
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