【正文】 ................................................................................................ 63 附錄 1.................................................................................................................... 5 附錄 2.................................................................................................................... 6 章及標(biāo)題 1 第 1 章 緒論 課題 研究 背景 和意義 制造業(yè)是為國民經(jīng)濟(jì)各部 門和國防建設(shè)提供技術(shù)裝備的重要基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)，無論是在工業(yè)發(fā)達(dá)國家還是在發(fā)展中國家，其綜合國力的基礎(chǔ)都是制造業(yè)，它的每一次飛躍都會(huì)給人類社會(huì)帶來深遠(yuǎn)的影響，可以說，沒有發(fā)達(dá)的制造業(yè)就不會(huì)有國家的發(fā)達(dá)與強(qiáng)大。178。178。178。178。178。 and output pose error of the structural parameters error and the error is further prehensive researched. integrated error of law, for the error pensation methods provide a theoretical basis. Second, Describes the techniques of machining tool measuring, and then analysising grating principle, introcduce the mechod of measuring error machine tool . Finally, the PSO applying for pose error pensation of parallel machine tool is proposed on the error analysis。以此基礎(chǔ) 定量 分析 并聯(lián) 機(jī)床 結(jié)構(gòu)參數(shù)誤差變化對輸出誤差的影響， 綜合誤差影響規(guī)律，為誤差補(bǔ)償方法研究提供理論基礎(chǔ)。 基 本 要 求 1． 方案設(shè)計(jì)合理、查閱文獻(xiàn)充分； 2． 理論分析正確、論證嚴(yán)密； 3． 設(shè)計(jì)、仿真模型可靠，結(jié)果與理論相符； 4． 畢業(yè)設(shè)計(jì)論文符合撰寫規(guī)范、要求。對本研究提供過幫助和做出過貢獻(xiàn)的個(gè)人或集體，均已在文中作了明確的說明并表示了謝意。本文以 清華大學(xué)設(shè)計(jì) 的新型 3 自由度 并聯(lián) 機(jī)構(gòu) 為 研究對象 ， 對提高并聯(lián)機(jī)床運(yùn)動(dòng)精度的靜態(tài)誤差補(bǔ)償方法進(jìn)行了研究。 本文分析了并聯(lián)機(jī)床的運(yùn)動(dòng)過程，結(jié)合正逆解析方法，編寫了機(jī)床運(yùn)動(dòng)仿真程序，并提出了有補(bǔ)償時(shí)并聯(lián)機(jī)床運(yùn)動(dòng)仿真的方法。 Particle swarm optimization IV 目 錄 摘要 ........................................................................................................................I Abstract ................................................................................................................ II 第 1 章 緒論 ......................................................................................................... 1 課題背景 ............................................................................................... 1 [單擊此處輸入條標(biāo)題 ]............................................................... 6 第 2 章 [單擊此處輸入章標(biāo)題 ].........................................錯(cuò)誤 !未定義書簽。178。178。178。178。178。 20 世紀(jì) 90 年代后，市場對加工設(shè)備的精度、速度、加工靈活性及加工裝備自身的生產(chǎn)周期和成本等不斷提出了更高的要求。 但 在并聯(lián) 機(jī)床 誤差分析與補(bǔ)償?shù)膫鹘y(tǒng)研究方法中， 沒有充分探討并聯(lián)機(jī)床尺寸對誤差的影響程度，對于并聯(lián)機(jī)床的終端誤差往往不考慮其中元素之間的差別，對影響誤差的因素也很少做區(qū)分。這種基于并聯(lián)機(jī)構(gòu)的數(shù)控機(jī)床開始受到人們的關(guān)注并且很快成為制造業(yè)中的一個(gè)研究熱點(diǎn)。它們的研究結(jié)果對并聯(lián)運(yùn)動(dòng)機(jī)床的發(fā)展起到很大的促進(jìn)作用 。 難以在短期內(nèi)解決，近年來，在運(yùn)動(dòng)學(xué)原理、機(jī)床設(shè)計(jì)方法、制造工藝、控制技術(shù)、動(dòng)態(tài)性能研究和工業(yè)應(yīng)用方面都先后取得重大的突破。m 左右，高的可達(dá) 4181。清華大學(xué)與昆明機(jī)床股份有限公司共同研制的 XNZ63 并聯(lián)機(jī)床 。 機(jī)床的主軸運(yùn)動(dòng) 精度 測量手段多種多樣 [1320]， 常見的 如試切法、激光干涉法、磁性球桿儀 (Magic Ball Bar)、激光球桿儀 (LBB)、間接測量法等。 但是，如上所述的精度測試方案都有因 測量時(shí)間長，技術(shù)要求高，需要專業(yè)人員，對環(huán)境要求高，不適宜在生產(chǎn)現(xiàn)場操作 的缺點(diǎn)，且都是直接測量機(jī)床末端執(zhí)行器位姿，這在高度靈活的末端測試并不方便，安裝測試儀器復(fù)雜 [18,19]。因此，誤差補(bǔ)償技術(shù)在提高精度方面成為誤差避免技術(shù)的有效補(bǔ)充，并且引起了機(jī)床和金屬切削領(lǐng)域內(nèi)大量學(xué)者的關(guān)注。根據(jù)測量輸出不同大致分為兩類[28,29]：一類為自標(biāo)定方法，其原理是利用內(nèi)部觀測器檢測系統(tǒng)內(nèi)部運(yùn)動(dòng)變量，并以 此構(gòu)造誤差模型，這類方法一般需要自從動(dòng)鉸鏈上安裝傳感器。 (3) 此法測量的主軸位置姿勢均是在靜態(tài)下獲得的，因此該方法只能對靜態(tài)機(jī)床誤差進(jìn)行補(bǔ)償。 第 4章 設(shè)計(jì) 將 粒子群 群算法應(yīng)用于并聯(lián) 機(jī)構(gòu) 位姿誤差補(bǔ)償 ， 在誤差模型基礎(chǔ)上 針對 各個(gè)誤差因素 ，通過 粒子群優(yōu)化算法 對 滑塊位移 誤差尋優(yōu)，最終 對相應(yīng)的輸出位姿誤差進(jìn)行 補(bǔ)償。在并聯(lián)機(jī)構(gòu)分析及 并聯(lián)機(jī)床控制中，運(yùn)動(dòng)學(xué)正逆解都占有重要地位。這樣，章及標(biāo)題 11 通過該矢量的坐標(biāo) (在坐標(biāo)軸上的投影 )就可以確定該點(diǎn)。坐標(biāo)變換中基本的變換是平移和旋轉(zhuǎn)。伺服驅(qū)動(dòng)為交流電機(jī)，傳動(dòng)機(jī)構(gòu)為滾珠絲杠。配備了高速主軸，在輸出功率為 的情況下，最高轉(zhuǎn)速為 10000r/min。 并聯(lián)機(jī)構(gòu)的坐標(biāo)表達(dá) 如圖 25 所示：為并聯(lián)機(jī)構(gòu)的機(jī)構(gòu)簡圖。O 點(diǎn)為坐標(biāo)原點(diǎn)，且在初始位置處，其坐標(biāo)軸和參考系坐標(biāo)軸對應(yīng)平行，即 39。 為了建立并聯(lián)機(jī)床的運(yùn)動(dòng)模型，還需要在每一個(gè)支鏈上建立坐標(biāo)系。第三條 支鏈的固定坐標(biāo)系為 3 3 3 3{}bxyz ， 3b 為原點(diǎn)， 3x 軸沿著 33bp的方向， 3y 軸平行于固定坐標(biāo)系的 y 軸， 3z 軸由“右手定則”確定。 具體到這里研究的并聯(lián)機(jī)構(gòu)，其中，運(yùn)動(dòng)學(xué)正解是指在已知并聯(lián)機(jī)構(gòu)滑塊位置 (輸入 )，利用運(yùn)動(dòng)學(xué)方程來獲得并聯(lián)機(jī)構(gòu)刀具的位姿 (輸出 )；運(yùn)動(dòng)學(xué)反解是指在已知并聯(lián)機(jī)構(gòu)刀具的位姿利用運(yùn)動(dòng)學(xué)方程獲得并聯(lián)機(jī)構(gòu)滑塊的位置。但一般來說，并聯(lián)機(jī)構(gòu)的正解問題主要靠數(shù)值法解決 在 給定機(jī)構(gòu)的各輸入?yún)?shù) iz ， (1,2,3)i? ，相應(yīng)的動(dòng)平臺(tái)的位姿 ? ?,yz?可以得到如下 y mz n?? (215) 燕山大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 18 2 42f f egz e? ? ?? (216) ? ?12tan t? ?? (217) 式中 ， ? ?122zzm Rr?? ?， ? ?22124zzn Rr?? ? ， 12 ??me ， ? ? 122 znrRmf ???? ， ? ? 22212 RznrRg ????? ， BC CBAAt ? ????222， ? ?312 zzLA ?? ， 132 LLB ?? ， 23232122 )( LzzLLC ????? 在公式 (215)、 (216)和 (217)中 ， 注意到 當(dāng)輸入一定時(shí)， y 和 z 有兩組解，相應(yīng)地 ? 有四組解，因此 圖 25 所示的并聯(lián)機(jī)器人機(jī)構(gòu)有四組運(yùn)動(dòng)正解，分別對應(yīng)著四組安裝模式。因此 圖 25所示并聯(lián)機(jī)構(gòu)的工作空間分析就可以轉(zhuǎn)化為兩個(gè)簡單的平面機(jī)構(gòu)的工作空間分析，問題變的簡單很多，這個(gè)特性也是其他空間并聯(lián)機(jī)構(gòu)所不具備的。 而結(jié)構(gòu)誤差主要 是滑塊位置誤差、機(jī)構(gòu)的垂直誤差 和桿長誤差。 39。因?yàn)槠蓿菊撐闹饕治銎?平面 2 自由度 5 桿機(jī)構(gòu)，其 運(yùn)動(dòng)學(xué)近似模型構(gòu)造矢量鏈圖 如圖 28 所示 。從基礎(chǔ)坐標(biāo)系 BO yz? 到運(yùn)動(dòng)坐標(biāo)系 T T TO yz? ，分別形 成兩個(gè)矢量 鏈閉環(huán) ： B 1 1 TO B T O? ? ? 和B 2 2 TO B T O? ? ? 。其中， D、 1z 、 2z 、 1l 和 2l 為長度參數(shù)， 1? 和 2? 為角度參數(shù) 。 (2) 對于給定的不同結(jié)構(gòu)參數(shù)誤差，所得出并聯(lián) 機(jī)構(gòu) 的位姿誤差不同。奇異位姿的分析對于機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)中結(jié)構(gòu)的合理取值具有非常重要的參考意義。 但并聯(lián)機(jī)構(gòu)的誤差補(bǔ)償不僅需要對誤差進(jìn)行特性分析，還需要對機(jī)構(gòu)加。下面給出結(jié)構(gòu)參數(shù)變化分別對位置誤差和姿態(tài)誤差的影響，分析結(jié)構(gòu)參數(shù) 1l 、 2l 、 D 對并聯(lián) 機(jī)構(gòu)位姿精度的影響 。 位姿參數(shù)和結(jié)構(gòu)參數(shù) 變化 對 并聯(lián) 機(jī)器人 位姿 的影響 位置 參數(shù) 變化 對 并聯(lián)機(jī)構(gòu)位置誤差 的影響 下面 給出了位置 參數(shù)變化分別對輸出 位置 誤差的影響。并聯(lián) 機(jī)構(gòu) 誤差在其整個(gè)工作空間內(nèi)是個(gè)變量。 存在微小幾何參數(shù)誤差時(shí)，式 (221)變?yōu)?： 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1δ δ ( δ )( δ )( δ )( δ )z z l l??? ? ? ? ? ? ? ? ?X X B B R R e n n (223) 式中 1 1 1δ δ????R WR， 0110????????W。 1T TO 和 2T TO 之間分別由定長桿件連接，桿長分別為 1l 和 2l 。Z Z Z??? (3) 機(jī)構(gòu)的制造誤差 實(shí)際參數(shù) T12[]PD??? 名義參數(shù) T1239。 我們在根據(jù)反解公式求 滑塊位移 的時(shí)候僅僅是知道這些量的名義值 (理論值 )，由于這些量的實(shí)際值與理論值存在偏差，這樣，即使能精確控制各 滑塊位移 ,由于這些偏差值的存在 ,動(dòng)平臺(tái)的姿態(tài)仍然無法得到精確的控制。建立并聯(lián)機(jī)構(gòu)的誤差 模型并分析并聯(lián)機(jī)構(gòu)的誤差，可以為并聯(lián)機(jī)床的設(shè)計(jì)、制造及誤差補(bǔ)償提供基本依據(jù)。由以上各式可見，在機(jī)構(gòu)的正解模型中， ? 的解與 y 參數(shù)無關(guān)。 2 2 21 1 1 1()O B O P y z B P? ? ? ? (210) 39。39。 39。y 軸沿著 1P 2P 方向， 39。 圖 26 并聯(lián)機(jī)構(gòu)的機(jī)構(gòu)簡圖 其中：參考坐標(biāo)系（簡稱參考系或定系）的原點(diǎn) O 建立的 1B 、 2B 的中心 Oxy? 平面和機(jī)床水平面重合， x 軸垂直于直線 12BB ， y 軸沿著 1B 、 2B 的方向， z 軸利用“右手法則”由 x 、 y 軸決定。機(jī)構(gòu)動(dòng)平臺(tái)沿著 y 軸的移動(dòng)與其轉(zhuǎn)動(dòng)自由度是解耦的；在樣機(jī)設(shè)計(jì)中，可以在連接動(dòng)平臺(tái)的轉(zhuǎn)動(dòng)副處加轉(zhuǎn)動(dòng)測量編碼器以及在圓柱副處加移動(dòng)測量光柵尺，實(shí)現(xiàn)自 標(biāo)定的閉環(huán)控制，因此樣機(jī)的精度可以得到很大程度的提高。以并聯(lián)機(jī)器人技術(shù)為基礎(chǔ)，采用了并聯(lián)的 3根定長桿支撐移動(dòng)平臺(tái)，支承桿上只受到拉力和壓力的作用，而沒有彎曲力的作用。 如圖 22 所示，坐標(biāo)系 ??B 相對與坐標(biāo)系 ??O 平移了一段距離，點(diǎn) P 在坐標(biāo)系 ??B 中用 BP 表示，在坐標(biāo)系 ??O 中用 Op 表示，坐標(biāo) ??B 相當(dāng)于坐標(biāo)??O 的旋轉(zhuǎn)用旋轉(zhuǎn)矩陣 OBR 表示，則根據(jù)矢量合成原理有： o O BBP OP R P?? (23) OXYZY BZ BX BO BP 圖 23 一般性的坐標(biāo)變換 旋轉(zhuǎn)矩陣的深入討論 首先考慮多個(gè)坐標(biāo)系之間存在旋轉(zhuǎn)關(guān)系的 情況。一個(gè)簡單方法為：給出坐標(biāo)系 ??A 各個(gè)坐標(biāo)軸在坐標(biāo)系 ??O 中的表示。 并聯(lián)機(jī)床數(shù)學(xué)基礎(chǔ) 并聯(lián)機(jī)床的研究離不開數(shù)學(xué)工具。它是 并聯(lián)機(jī)床 精度研 究、誤差建模的基礎(chǔ)。在并聯(lián)機(jī)器人誤差影響因素中，如何在桿長誤差變化的時(shí)候，