六轴混联卧式加工装置结构参数标定研究

发布时间：2017-10-19 20:42

  本文关键词：六轴混联卧式加工装置结构参数标定研究

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【摘要】：近年来我国螺旋桨加工水平有了显著提高，但在其加工过程中仍存在诸多缺陷。尤其在大型船用螺旋桨的加工过程中经常出现振颤、干涉、二次装夹等问题。为改进上述不足，采用两套相同的混联加工装置对称布局在待加工螺旋桨两侧，实现螺旋桨的双刀双面加工。该加工方法可有效地提高螺旋桨的加工精度与加工效率。 此混联加工装置是在3自由度串联机构执行末端采用悬臂式结构安装一改进的3-RPS并联机构。装置的总自由度数为5，可实现刀具沿X、Y、 Z三个方向的移动与绕X、Y轴两个方向的摆动。本文主要研究混联加工装置结构参数的标定，旨在提高该装置的加工精度，实现大型船用螺旋桨的高效高质加工，具有重要的科学意义与工程价值。 分析了装置的结构特点与总自由度数。针对装置并联机构位姿参数存在耦合的问题，基于高等空间机构学对位姿参数进行了解耦。在此基础之上，分别采用解析法与改进的数值迭代法建立了装置的运动学逆解模型与正解模型。运用ADAMS对装置进行运动学仿真，验证了正、逆解模型的准确性。 考虑装置的串、并联机构运动耦合情况，提出一种将两机构分离标定的方法。针对串联机构执行末端误差无法直接测量的问题，建立执行末端位置与刀头点位置映射关系，在此基础上构建串联机构的误差模型与参数辨识模型，，进而构建包含结构参数误差的运动控制模型，实现串联机构的误差补偿；针对并联机构结构特点，研究了利用带有千分表的标准检具标定驱动杆回零长度的方法，通过二次标定的方法标定了铰点的位置误差，建立铰点位置误差模型并采用Levenberg-Marquardt算法对此误差进行辨识，构建包含结构参数误差的运动控制模型实现驱动杆回零长度误差与铰点位置误差的共同补偿。最后通过ADAMS参数化建模与仿真，验证了该标定方法的正确性与有效性。 基于本文提出的标定方法对装置样机进行实际标定。通过测量标准样件对串联机构进行标定，消除X、Y、Z三移动平台的垂直度误差；通过测量标准量块得到刀具移动时的位置误差与摆动时的聚点性误差，并利用这两种误差对并联机构的铰点位置进行标定，消除机构的铰点位置误差。实际标定有效地提高了装置样机的加工精度，证明了标定方法的正确性。
【关键词】：混联加工装置 结构参数标定 运动学模型 运动学仿真
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：U664.33;U671
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第1章 绪论9-18
• 1.1 课题来源及研究目的与意义9-11
• 1.1.1 课题来源9
• 1.1.2 课题研究目的与意义9-11
• 1.2 混联机床的发展现状11-14
• 1.2.1 并联机床国内外发展现状12-13
• 1.2.2 混联机床国内外发展现状13-14
• 1.3 标定的国内外研究现状14-16
• 1.3.1 自标定法14
• 1.3.2 外部标定法14-16
• 1.4 本文主要研究内容16-18
• 第2章 混联加工装置机构分析18-27
• 2.1 混联加工装置结构分析18-19
• 2.2 混联加工装置自由度分析19-20
• 2.3 混联加工装置运动学分析20-26
• 2.3.1 3-RPS 并联机构参数解耦21-22
• 2.3.2 混联加工装置运动学逆解22-23
• 2.3.3 混联加工装置运动学正解23-26
• 2.4 本章小结26-27
• 第3章 混联加工装置结构参数标定方法27-37
• 3.1 串联机构结构参数标定方法27-31
• 3.1.1 串联机构误差建模27-30
• 3.1.2 串联机构参数辨识及误差补偿30-31
• 3.2 并联机构结构参数标定方法31-36
• 3.2.1 并联机构误差建模31-34
• 3.2.2 并联机构参数辨识及误差补偿34-36
• 3.3 本章小结36-37
• 第4章 基于 ADAMS 的仿真验证37-50
• 4.1 混联加工装置运动学模型的验证37-44
• 4.1.1 逆解模型的验证37-42
• 4.1.2 正解模型的验证42-44
• 4.2 混联加工装置结构参数标定方法的验证44-49
• 4.2.1 串联机构标定方法的验证45-46
• 4.2.2 并联机构标定方法的验证46-49
• 4.3 本章小结49-50
• 第5章 混联加工装置样机标定实验50-56
• 5.1 串联机构标定实验50-52
• 5.2 并联机构标定实验52-55
• 5.3 本章小结55-56
• 结论56-58
• 参考文献58-62
• 攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果62-64
• 致谢64

【参考文献】

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本文编号：1063233