关于双自由度五杆平动机构平动误差的产生及误差补偿方法的研究

本文对一种实际的由定轴轮系驱动的双自由度五杆平动机构之平动误差的产生原因进行了分析研究,并给出了评定平动误差大小的指标和误差计算公式。     

精密导轨定位误差分析与误差建模

为了提高导轨的定位精度,完整的分析定位误差产生的原因并建立综合误差模型,结合定位误差中热误差部分与几何误差部分的各自性质,通过定位误差实验,分析在不同温度下平动轴的定位误差数据,完成了其几何误差部分与热误差部分的分离。通过对热误差的分析建立了定位误差的综合模型,该模型能准确预测平动轴的定位误差,预测精度在(-3.20um,+1.92um)。     

电极圆形平动补偿系统的开发

针对电火花成型加工中由于电极圆形平动产生的加工误差,提出了圆形平动补偿修正原理,开发了电极圆形平动补偿系统。实验证明,该系统有效减少了加工误差,提高了加工精度。     

一种基于激光干涉仪的大型龙门机床平动轴垂直度误差检测方法

针对大型龙门机床平动轴垂直度误差检测的难题,构建了垂直度误差动态表达与龙门机床空间定位误差的映射关系,提出了一种基于激光干涉仪的平动轴垂直度误差检测方法,与大理石方尺垂直度误差检测方法进行了比较。结果表明,基于激光干涉仪的垂直度误差检测方法可以更准确地检测出平动轴垂直度误差,并弥补了大理石方尺测量范围有限及测量过程扰动因素大等不足,为大型龙门机床平动轴精度调整及误差补偿提供了重要指导。     

电极直线平动补偿修正的研究

在电火花成型加工中,电极直线平动产生了加工误差,笔者研究了误差产生的机理,提出了直线平动补偿修正原理,实验证明,该原理能有效减少加工误差,提高加工精度。     

数控机床精度优化设计的研究现状

数控机床的空间运行精度是衡量其性能的重要指标之一,精度设计则是数控机床自主创新的重要环节。通过综述现有几种主要的误差建模方法,论述了各种灵敏度分析方法的特点,基于数控机床的组成结构,分别对数控机床的平动轴和旋转轴的误差检测和辨识方法进行归纳和分析。总结了现有建立数控机床整体精度的优化模型和精度优化分配研究情况,系统分析了数控机床精度优化设计中存在的问题,并探讨了其未来研究方向。     

基于数控刀位轨迹的电火花成形加工中电极平动补偿和修正

在电火花成形加工(EDM)中,电极的平动产生了加工误差。针对EDM中电极平动的不同类型,提出并实现了基于数控刀位轨迹的电极平动补偿修正方法。该方法根据EDM的电极平动类型和平动量对用于电极加工的数控程序进行补偿处理,达到对电极平动进行修正的目的,从而减少电极平动所产生的加工误差。试验表明,该方法可以有效地提高EDM加工精度、保持加工质量的稳定性以及降低劳动程度和缩短生产周期。     

一种新型回转平动传动结构设计及优化仿真分析

设计了一种新型回转平动传动结构,分析了回转平动传动结构的机械结构、工作原理和结构特点。讨论了储物料斗的运动情况,并分析了最小占用空间布局的优化方案,建立了优化方案数学模型。利用MATLAB软件计算优化方程,获得了整体优化方案的分析结果。最后利用Pro/E和Recur Dyn软件进行运动仿真,验证了设计的可行性。     

基于球杆仪的五轴数控机床误差快速检测方法

几何误差是五轴数控机床重要误差源,针对传统测量方法仪器昂贵、测量周期长问题,提出基于球杆仪的五轴数控机床几何误差快速检测方法。对于机床的平动轴误差,利用多体系统理论及齐次坐标变换法,建立平动轴空间误差模型,通过球杆仪在同一平面不同位置进行两次圆轨迹,辨识出4项平动轴关键线性误差;针对五轴机床的转台和摆动轴,设计基于球杆仪的多条空间测试轨迹,完整求解出旋转轴12项几何误差。实验结果显示,所提方法获得转角定位误差与激光干涉仪法最大误差为0.001 8°,利用检测结果进行机床空间误差补偿,测试轨迹偏差由16μm降至4μm,为补偿前的25%,验证了方法的有效性。提出的五轴机床几何误差检测方法方便、便捷,适用于工业现场。     

光栅平动式光调制器的光学特性分析和仿真

光栅平动式光调制器是一种基于MEMS工艺的光调制器,依据菲涅尔衍射理论和傅里叶光学理论对光栅平动式光调制器工作状态的光学特性进行了详细的理论分析和计算机仿真.结果表明光栅平动式光调制器在工作中处于开态时,可动光栅下降的距离应该是入射波长的1/4;设计时,关态选择h=λ0/2;占空比对光栅平动式光调制器的光学特性有着重要影响,最佳占空比为1/2;高度误差对调制器的开关系数影响很大,要精确控制.     

动平台惯性参数对柔性并联机构 动力学特性的影响及优化设计

利用柔性并联机构的动力学模型,定性地分析了动平台质量、转动惯量对柔性并联机构的动态响应、动态应力及固有频率的影响。以动平台惯性参数边界条件、运动误差、固有频率、动态应力、驱动力矩等限制条件作为约束方程,将机构总质量函数和弹性变形能函数采用线性加权组合成多目标函数,进行多目标优化设计,确定了动平台的最佳惯性参数。通过对平面3- R RR柔性并联机构算例的分析和讨论,说明了动平台惯性参数在柔性并联机构的动力学分析和设计中的重要作用。     

2-RPaRSS并联操作手运动副间隙误差分析及补偿

针对新型3T1R并联操作手2-RPaRSS存在运动副间隙引起的定位偏差，造成操作手的实际轨迹与理论轨迹不吻合的问题，提出了一种基于自适应混合粒子群优化(AHPSO）算法的轨迹修正方法。建立操作手包含的各类运动副误差模型，在模型中将间隙误差完全等效成杆长误差；根据逆运动学方程建立并联操作手2-RPaRSS的位姿误差模型，得到关于输入、输出的微分关系式，并引入驱动杆输入角补偿量；利用粒子群优化(PSO)算法对补偿量寻优，将间隙误差补偿问题转化为求适应度极小值问题；通过混合权值自适应调整、学习因子自适应调节、混沌扰动范围自适应调节策略改进了PSO算法，得到AHPSO算法。仿真结果表明AHPSO算法性能优良，具有更好的收敛性和稳定性，对并联操作手运动副间隙误差的补偿是一种有效方法，补偿后定位精度得到了明显改善。     

3-UPS/S并联稳定平台满载工况误差分析与运动学标定

当负载达到一定数值时,并联机构的变形误差相对于几何误差对动平台输出精度的影响是不可忽略的。以电液驱动型3-UPS/S并联稳定平台为研究对象,分别建立了稳定平台几何误差与变形误差的传递模型,并通过线性叠加得到了总的误差传递模型。基于几何误差传递模型,建立了稳定平台满载工况下的运动学标定模型。在满载工况下进行了运动学标定实验,测量了动平台参考点的位置,计算得到动平台姿态误差δH0,通过分离变形误差δH1得到了几何误差δH,通过最小二乘法完成了稳定平台几何误差参数标定。     

Error Modeling and Sensitivity Analysis of a Parallel Robot with SCARA（Selective Compliance Assembly Robot Arm） Motions

Parallel robots with SCARA（selective compliance assembly robot arm） motions are utilized widely in the field of high speed pick-and-place manipulation. Error modeling for these robots generally simplifies the parallelogram structures included by the robots as a link. As the established error model fails to reflect the error feature of the parallelogram structures, the effect of accuracy design and kinematic calibration based on the error model come to be undermined. An error modeling methodology is proposed to establish an error model of parallel robots with parallelogram structures. The error model can embody the geometric errors of all joints, including the joints of parallelogram structures. Thus it can contain more exhaustively the factors that reduce the accuracy of the robot. Based on the error model and some sensitivity indices defined in the sense of statistics, sensitivity analysis is carried out. Accordingly, some atlases are depicted to express each geometric error’s influence on the moving platform’s pose errors. From these atlases, the geometric errors that have greater impact on the accuracy of the moving platform are identified, and some sensitive areas where the pose errors of the moving platform are extremely sensitive to the geometric errors are also figured out. By taking into account the error factors which are generally neglected in all existing modeling methods, the proposed modeling method can thoroughly disclose the process of error transmission and enhance the efficacy of accuracy design and calibration.     

Analysis and evaluation of objective functions in kinematic calibration of parallel mechanisms

This paper analyses different objective functions for the parameter identification of parallel mechanisms and studies the influence in the position and orientation errors to improve their accuracy. A new objective function considering deviation terms is presented. This function is compared with other widely used functions and the advantages and disadvantages of each function are presented. The geometric parameter identification is performed by external calibration by means of the direct kinematic model. First, the objective functions are defined considering error position, error orientation and deviations in measurement. These functions compare the measured and calculated moving platform coordinates in order to obtain the identified model parameters that minimize this difference. The measured coordinates are obtained by measuring three sphere centres, fixed to the moving platform of a parallel mechanism, and the computed coordinates are given by the kinematic model. Second, the model is solved by the Levenberg–Marquardt algorithm for a number of identification positions. Finally, the calibration is verified in test positions. The results obtained show that the consideration of the deviations in measurement in the objective function with respect to classical approaches allows us to better identify those kinematic parameters corresponding with passive joints that cannot be measured. These findings confirm that a suitable objective function can improve the mechanism accuracy by more than one order of magnitude in both position and orientation errors.     

冗余驱动直角坐标串并联机器人位姿误差分析

串并联机器人可分解成两个并联机器人的串联组合,并联机器人的各支链均为一串联支链,利用并联机构和串联机构的运动学等效,考虑各分支末端误差对最终运动平台位姿误差的影响,提出了基于动态和静态因素的综合分析方法,并给出了主要的影响因素,并以实例的形式对研究结论进行了有效性验证.     

Precision analysis of a weakly-coupled parallel mechanism with three translational degrees of freedom

This paper analyzes the precision of the dissymmetrical parallel mechanism of 3-RRRP(4R) with three translational degrees of freedom (DOF). The parallel mechanism has weakly-coupled, decoupled and real-time characteristics, thus error compensation can be done using control software. Based on topology structure analysis, the inverse and forward solutions are analyzed and the precision is studied using complete differential method. The influencing factors of the manipulator’s precision are studied carefully and the means to enhance the precision are also discussed. It is found that the position errors of the moving platform have nonlinear relation with the position of the mechanism. The δθ’₃ error has the biggest influence on the nonlinear errors of the position. Otherwise, the original errors of the mechanism are the main reason leading to more errors. Thus enhancing machining and assembling precision is an important method to enhance the precision of the mechanism. __________ Translated from Journal of Jiangsu University (Natural Science Edition), 2005, 26(3) (in Chinese)     

采用间接测量法对平面3-RPR机构进行运动学标定的仿真

采用间接测量对平面机构进行标定时，需要引进标准测量参照物，但参照物本身仍可能存在一定的尺寸误差；另外间接测量时要不断变换标准测量参照物的位置，又会引进位置误差。为便于解决实际问题，使研究更具可操作性，将上述误差和待标定的机构结构误差一起考虑对机构进行了标定仿真，同时在仿真过程中采用矩阵重构的方法来解决测量误差扰动的问题，避免了大规模的空间寻优。仿真结果表明，可以通过让动平台走过不同的轨迹组合来实现对平面机构的标定。     

新型3自由度可约移动并联机构的构型及设计

提出了一般可约系统的定义。从研究运动不耦合的3自由度移动并联机构的输入输出关系出发,给出了3自由度可约移动并联机构的定义和判定充要条件。定义了一种新的Gf坐标,利用此坐标给出了可约并联机构的型综合一般过程,并综合出了5种3自由度可约移动并联机构。针对这类机构的特殊性能,以其中一种机构为例,基于机构动平台参考点的工作空间进行了优化设计。     

核主泵螺栓检测装置的环形轨道平台位姿调控并联机构综合

主泵中空法兰螺栓在线检测装置轨道平台作为整个装置的运行基准,其位姿调控是实现精准超声检测的核心技术;将装置末端超声探头定位、倾摆、偏航误差映射为轨道平台的几何形态误差;提出基于形位测度思路的轨道平台调控机制。即将环形轨道、主泵筒体映射为并联机构的动、静平台,轨道平台与主泵主体六自由度相对位姿调控过程分解为具有几何意义的水平度、同心度有序调节过程;基于方位特征理论构型组合方案,综合出对应水平度调节的一平移两转动(1T2R)并联机构及同心度调节两平移一转动(2T1R)并联机构构型。所综合并联机构构型确保了轨道平台安装调整过程具有可调性、解耦性,其研究思路及可操作性设计方法可为多自由度调节机构设计提供思路。