基于球形电机的多轴系统曲面打印运动系统技术研究

发布时间：2020-05-30 20:32

【摘要】：多轴系统如今已广泛应用于现代工业加工的的各个领域,如打磨、表面加工、喷印、抓放、装配、冶金。多轴系统类型众多,但以数控机床以及工业机器人最为典型。这类装置通常结构复杂,体积较大;对于传统五轴机床,其运动学性能虽较好,但由于其自身结构模型,常常伴随有奇异点问题。曲面打印过程连续并对速度变化敏感,球形电机作为一种新型的多轴系统,具有三旋转自由度的灵活运动特点,与三平动自由度平台组成六自由度移动平台,球形电机具有反应迅速,体积小,结构简单,运动学性能好,无奇异点的优点因此适合该应用场合。本文详细说明了球形电机进行曲面打印时运动配合的轨迹规划的相关内容,包括对六自由度球形电机移动平台进行了运动学建模,结合拉格朗日乘子法提出了逆运动学计算及其优化模型,并提出了一种限制γ位移行程范围的算法;提出了一种基于Smoothstep函数的多项式加减速模型的一般公式,将该模型应用于规划曲面电路打印的进给速度,可以避免打印过程中产生加速度过大,造成振动和冲击的现象。利用运动学优化模型和速度规划的理论分析进行了仿真,仿真结果作为后续控制系统的输入,构建了球形电机移动平台的实验平台,进行了打印轨迹跟踪实验,验证了球形电机移动平台在曲面打印中的可行性。
【图文】：

多轴系统,工业机器人,数控机床

1.1 课题目的与意义随着现代工业水平的发展，，机械系统日益复杂化，多轴系统已广泛应用于现代业加工的的各个领域，如在打磨、表面加工、喷印、抓放、装配、冶金等工业领域中多轴数控机床和工业机器人扮演着至关重要的作用。多轴机械系统，是由电子方式制，实现多个机械轴之间协同作用以达到高效率、高质量、高精度生产的的一种机电一体化设备。多轴系统类型众多，但由于多轴数控机床以及工业机器人（图 1.1）在各工业域的广泛应用，二者渐渐成为了多轴系统的代名词。数控机床和工业机器人这类装都是通过电子方式控制多台电机协同工作以达到运动要求，通常结构复杂，体积大；对于传统五轴机床，其运动学性能虽较好，但由于其自身结构，常常伴随有奇异点问题[1]。因此，对于新型的多轴系统的需求日益增加，该多轴系统应具有体积小结构简单，运动学性能好，精度高等优点。

球形电机,感应式,超声波

图 1.4 感应式球形电机（左）与超声波球形电机（右）图 1.5 永磁球形电机模型[57]国内对球形电机的研究也很早，如 1989 年西北工业大学苏仲飞等人研制了一台三自由度球形直流电机。但是该电机只能实现二自由度的运动。2003 业大学吴立建等人提出了双极型永磁球形电机，首次将转子的绕组改成了磁极。2006 年合肥工业大学李争等人研究了一种新型的仿机器人关节的永
【学位授予单位】：华中科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TP242.2;TP334.8

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