本文關鍵詞：并聯(lián)機床運動精度及參數(shù)辯識方法研究

  更多相關文章： 并聯(lián)機床 誤差分析 運動學標定 量子粒子群優(yōu)化 動力學參數(shù)辨識

【摘要】：并聯(lián)機構具有剛度/重量比大、動態(tài)性能好、技術附加值高等優(yōu)點,經(jīng)過幾十年的研究與發(fā)展,并聯(lián)機床已經(jīng)成功地應用于航空制造業(yè)、汽車制造業(yè)等領域。串-并混聯(lián)機床則結合了串聯(lián)機構與并聯(lián)機構的優(yōu)點,更好地滿足加工制造業(yè)高速、高精度的發(fā)展趨勢,具有非常廣闊的應用前景和研究價值,受到國內外學者的普遍重視。然而,與傳統(tǒng)機床相比,并聯(lián)機床還存在運動精度水平較低的問題,主要原因在于并聯(lián)機床的結構比較復雜,幾何誤差源的數(shù)量較多,且對精度的影響具有較強的非線性特征,對其進行測量、分析和辨識的難度較大。另外,由于自重、慣性力和外部載荷等因素引起的動態(tài)誤差限制了機床的運動精度。目前針對并聯(lián)機床的動力學建模以及動力學參數(shù)辨識研究依然是并聯(lián)機床領域的一項研究熱點與難點問題。論文在以前研究的基礎上,分別從運動學與動力學的角度,對一類帶有約束機構的少自由度混聯(lián)機床的誤差分析、運動學標定、動力學參數(shù)辨識等方面進行了研究。具體包括以下內容：(1)利用Denavit-Hartenberg矩陣法和閉環(huán)矢量鏈方法,分別針對串聯(lián)、并聯(lián)、混聯(lián)機構的幾何誤差建模方法進行研究,提出一種能夠準確描述復合球鉸內幾何誤差源的誤差建模方法,以此作為誤差分析、運動學標定、精度綜合等研究的基礎。(2)通過五軸并聯(lián)機床與3-TPS混聯(lián)機床的誤差分析,對一類帶有約束混聯(lián)機床內的敏感誤差源及其對末端精度的影響進行了研究。系統(tǒng)地比較、分析兩個機床并聯(lián)機構部分與約束(串聯(lián))機構部分內單一誤差源對末端位姿誤差的影響,以及各組機構內多種誤差源的綜合影響,結果表明,約束機構部分對末端位姿誤差的影響要比并聯(lián)機構部分更加明顯。(3)根據(jù)量子粒子群優(yōu)化算法,對運動學標定問題進行研究。設計基于量子粒子群優(yōu)化算法的運動學標定流程,利用仿真與實驗的方法,分別對五軸并聯(lián)機床的并聯(lián)機構部分與約束機構部分進行了運動學標定研究,標定后機床末端位姿的精度水平有了比較明顯的提高。對串聯(lián)機構與Stewart并聯(lián)機構進行運動學標定,研究將基于量子粒子群優(yōu)化的運動學標定方法推廣至一般串聯(lián)、并聯(lián)機構的方法。(4)對運動學參數(shù)的標定方法進行改進。建立了基于量子粒子群優(yōu)化算法的分步標定流程,針對五軸并聯(lián)機床的并聯(lián)機構部分進行運動學標定仿真,不僅進一步提高了標定后的末端位姿精度,而且機構參數(shù)的辨識值與給定值更加接近。然后,同樣對串聯(lián)機構與Stewart并聯(lián)機構進行運動學標定仿真,結果證明基于量子粒子群優(yōu)化的分步標定方法同樣適用于一般的串聯(lián)、并聯(lián)機構。(5)對五軸并聯(lián)機床的并聯(lián)機構部分進行結構優(yōu)化與精度綜合的研究。把并聯(lián)機構內的球型鉸鏈優(yōu)化為復合球鉸；利用影響因子方法,對優(yōu)化前后的并聯(lián)機構進行誤差分析,從理論的角度證明該結構優(yōu)化的正確性；基于誤差分析的結果,對優(yōu)化后的并聯(lián)機構進行了精度綜合研究,提出一種綜合考慮精度與成本因素的加權精度綜合策略。(6)研究五軸并聯(lián)機床動力學建模及動力學參數(shù)辨識方法。基于拉格朗日方法,建立五軸并聯(lián)機床的剛體動力學模型；設計動力學參數(shù)辨識仿真的辨識軌跡,在不考慮摩擦力的前提條件下,對機床并聯(lián)機構部分的動力學參數(shù)進行辨識仿真,比較準確地辨識出并聯(lián)機構部分各構件的動力學參數(shù),為將來動力學相關問題及先進控制方法的研究奠定基礎。
【關鍵詞】：并聯(lián)機床 誤差分析 運動學標定 量子粒子群優(yōu)化 動力學參數(shù)辨識
【學位授予單位】：東北大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：TG502
【目錄】：

• 摘要5-7
• Abstract7-13
• 第1章 緒論13-25
• 1.1 研究背景與意義13-14
• 1.2 并聯(lián)機床的發(fā)展歷程14-17
• 1.3 并聯(lián)機床精度問題及相關研究方法17-23
• 1.3.1 并聯(lián)機床精度問題17-18
• 1.3.2 并聯(lián)機床誤差分析研究現(xiàn)狀18-19
• 1.3.3 并聯(lián)機床運動學標定研究現(xiàn)狀19-21
• 1.3.4 并聯(lián)機床動力學模型及參數(shù)辨識的研究現(xiàn)狀21-23
• 1.4 本文研究內容23-25
• 第2章 幾何誤差模型的建模方法研究25-39
• 2.1 引言25
• 2.2 串聯(lián)機構幾何誤差建模25-27
• 2.3 Stewart并聯(lián)機構幾何誤差建模27-29
• 2.4 五軸并聯(lián)機床幾何誤差建模方法研究29-33
• 2.4.1 五軸并聯(lián)機床結構簡介29-30
• 2.4.2 并聯(lián)機構部分誤差建模30-31
• 2.4.3 約束機構部分誤差建模31-33
• 2.5 3-TPS混聯(lián)機床幾何誤差建模方法研究33-38
• 2.5.1 3-TPS混聯(lián)機床結構簡介33-34
• 2.5.2 并聯(lián)機構部分誤差建模34-36
• 2.5.3 約束機構部分誤差建模36-38
• 2.6 本章小結38-39
• 第3章 帶有約束機構的混聯(lián)機床誤差分析39-49
• 3.1 引言39
• 3.2 五軸并聯(lián)機床誤差分析39-44
• 3.2.1 并聯(lián)機構部分單一誤差源影響分析39-40
• 3.2.2 約束機構部分單一誤差源影響分析40-41
• 3.2.3 敏感誤差源的敏感度分析41-43
• 3.2.4 機構誤差的綜合影響分析43-44
• 3.3 3-TPS混聯(lián)機床誤差分析44-48
• 3.3.1 并聯(lián)機構部分單一誤差源影響分析44-45
• 3.3.2 約束機構部分單一誤差源影響分析45-46
• 3.3.3 敏感誤差源的敏感度分析46-47
• 3.3.4 機構誤差的綜合影響分析47-48
• 3.4 本章小結48-49
• 第4章 基于量子粒子群優(yōu)化算法的運動學標定研究49-69
• 4.1 引言49
• 4.2 量子粒子群優(yōu)化算法49-51
• 4.2.1 量子粒子群優(yōu)化算法的基本原理49-50
• 4.2.2 量子粒子群優(yōu)化算法的優(yōu)化步驟50-51
• 4.3 五軸并聯(lián)機床的運動學標定51-61
• 4.3.1 并聯(lián)機構部分機構參數(shù)的可辨識性分析51-54
• 4.3.2 并聯(lián)機構部分的運動學標定仿真54-57
• 4.3.3 約束機構部分的運動學標定實驗數(shù)據(jù)分析57-61
• 4.4 基于量子粒子群優(yōu)化的串聯(lián)機構運動學標定61-64
• 4.4.1 串聯(lián)機構的標定流程61
• 4.4.2 確定優(yōu)化變量61-62
• 4.4.3 設計目標函數(shù)62
• 4.4.4 串聯(lián)機構標定仿真62-64
• 4.5 基于量子粒子群優(yōu)化的并聯(lián)機器人運動學標定64-66
• 4.5.1 并聯(lián)機器人的標定流程64-65
• 4.5.2 確定優(yōu)化變量65
• 4.5.3 設計目標函數(shù)65
• 4.5.4 Stewart并聯(lián)機構標定仿真65-66
• 4.6 本章小結66-69
• 第5章 運動學標定方法的改進69-89
• 5.1 引言69
• 5.2 運動學參數(shù)的分步標定方法69-72
• 5.3 五軸并聯(lián)機床并聯(lián)機構部分的運動學分步標定72-76
• 5.3.1 運動學標定問題轉化72-73
• 5.3.2 并聯(lián)機構部分機構參數(shù)的分步標定仿真73-76
• 5.4 串聯(lián)機構的運動學分步標定76-80
• 5.5 Stewart并聯(lián)機構運動學分步標定80-86
• 5.5.1 并聯(lián)機器人的分步標定流程80-81
• 5.5.2 驅動支鏈的幾何誤差建模81-82
• 5.5.3 確定優(yōu)化變量82-83
• 5.5.4 設計目標函數(shù)83
• 5.5.5 Stewart并聯(lián)機構分步標定仿真83-86
• 5.6 本章小結86-89
• 第6章 五軸并聯(lián)機床的精度綜合研究89-103
• 6.1 引言89
• 6.2 并聯(lián)機構部分鉸接形式的優(yōu)化89-90
• 6.3 并聯(lián)機構部分誤差分析90-95
• 6.3.1 影響因子方法簡介90
• 6.3.2 優(yōu)化前的并聯(lián)機構部分誤差分析90-92
• 6.3.3 優(yōu)化后的并聯(lián)機構部分誤差分析92-95
• 6.4 五軸并聯(lián)機床的精度綜合95-100
• 6.4.1 加權精度綜合策略95-97
• 6.4.2 末端位置誤差分配策略97-98
• 6.4.3 并聯(lián)機構部分的精度綜合98-99
• 6.4.4 約束機構部分的精度綜合99-100
• 6.5 本章小結100-103
• 第7章 動力學建模及參數(shù)辨識研究103-129
• 7.1 引言103
• 7.2 五軸并聯(lián)機床剛體動力學建模103-122
• 7.2.1 五軸并聯(lián)機床運動學分析103-111
• 7.2.2 五軸并聯(lián)機床動能與勢能求解111-115
• 7.2.3 五軸并聯(lián)機床的動力學建模115-122
• 7.3 五軸并聯(lián)機床的動力學參數(shù)辨識方法122-124
• 7.3.1 五軸并聯(lián)機床的待辨識動力學參數(shù)122-123
• 7.3.2 動力學參數(shù)辨識流程及辨識模型123-124
• 7.4 五軸并聯(lián)機床的動力學參數(shù)辨識仿真124-127
• 7.4.1 動力學參數(shù)辨識軌跡設計124-125
• 7.4.2 動力學參數(shù)辨識仿真125-127
• 7.5 本章小結127-129
• 第8章 結論與展望129-131
• 8.1 結論129-130
• 8.2 展望130-131
• 參考文獻131-141
• 附錄141-143
• 致謝143-145
• 攻讀學位期間發(fā)表的論著和科研、獲獎情況145-147
• 作者簡介147

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1 陳文家,王洪光,房立金,趙明揚;并聯(lián)機床的發(fā)展現(xiàn)狀與展望[J];機電工程;2001年04期

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3 王立平,汪勁松,李育文;并聯(lián)機床動態(tài)特性研究的理論與實際意義[J];工具技術;2002年11期

4 王立平,汪勁松,張華;并聯(lián)機床數(shù)字化快速開發(fā)平臺研究的意義[J];工具技術;2003年10期

5 李金泉,丁洪生,付鐵,龐思勤;并聯(lián)機床的歷史、現(xiàn)狀及展望[J];機床與液壓;2003年03期

6 張學良,溫淑花,王培霞;并聯(lián)機床及其前景展望[J];太原重型機械學院學報;2003年03期

7 ;新型并聯(lián)機床問世[J];機械工程師;2004年07期

8 郭祖華;劉志峰;陳五一;;并聯(lián)機床結構設計[J];機床與液壓;2005年12期

9 王立平 ,汪勁松;機器人與機床的完美結合——新型并聯(lián)機床[J];中國高�？萍寂c產(chǎn)業(yè)化;2005年Z1期

10 李強;閆洪波;張桂霞;;并聯(lián)機床發(fā)展的歷史、研究現(xiàn)狀與展望[J];機床電器;2006年03期

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1 何小妹;丁洪生;付鐵;孫厚芳;;并聯(lián)機床運動學標定研究綜述[A];機床與液壓學術研討會論文集[C];2004年

2 何小妹;丁洪生;付鐵;孫厚芳;;并聯(lián)機床運動學標定研究綜述[A];第三屆全國流體傳動及控制工程學術會議論文集（第二卷）[C];2004年

3 劉文濤;李兵;王知行;;并聯(lián)機床誤差的空間分布形態(tài)研究[A];第十一屆全國機構學年會暨首屆青年機構學研討會論文集[C];1998年

4 范守文;徐禮鉅;;一種新型并聯(lián)機床的動力學解析模型[A];第十三屆全國機構學學術研討會論文集[C];2002年

5 邱志成;謝存禧;談大龍;趙明揚;;一種并聯(lián)機床的位置、速度和加速度逆解[A];第十四屆全國機構學學術研討會暨第二屆海峽兩岸機構學學術交流會論文集[C];2004年

6 金振林;高峰;;基于6-SPS三維平臺機構的新型并聯(lián)機床剛度分析[A];第一屆全國流體動力及控制工程學術會議論文集（第二卷）[C];2000年

7 謝殿煌;張同莊;丁洪生;何小妹;付鐵;李華鋒;許進忠;;基于RT-Linux的并聯(lián)機床開放式數(shù)控系統(tǒng)[A];先進制造技術論壇暨第三屆制造業(yè)自動化與信息化技術交流會論文集[C];2004年

8 高峰;李穎;趙輝;;五自由度并聯(lián)機床機構構型分析[A];第十四屆全國機構學學術研討會暨第二屆海峽兩岸機構學學術交流會論文集[C];2004年

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1 本報記者 蘭海俠;哈量集團：率先實現(xiàn)并聯(lián)機床產(chǎn)業(yè)化[N];機電商報;2006年

2 通訊員 宮長江邋記者 李麗云;國內首臺新一代并聯(lián)機床在哈問世[N];科技日報;2007年

3 田勇;國內新一代并聯(lián)機床問世[N];中國知識產(chǎn)權報;2008年

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8 記者 王媛;哈量并聯(lián)機床領先國際水平[N];哈爾濱日報;2007年

9 本報記者 嚴曼青;并聯(lián)機床:實質運作 多家競爭[N];機電商報;2009年

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1 黨鵬飛;并聯(lián)機床運動精度及參數(shù)辯識方法研究[D];東北大學;2015年

2 范守文;混聯(lián)結構并聯(lián)機床的研究[D];四川大學;2002年

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4 高建設;新型五自由度并聯(lián)機床驅動輸入選擇與運動學標定研究[D];燕山大學;2006年

5 韓先國;并聯(lián)機床相關理論及設計方法研究[D];北京航空航天大學;2002年

6 楊斌久;少自由度并聯(lián)機床約束鏈的若干問題研究[D];東北大學;2006年

7 陳修龍;面向并聯(lián)機床數(shù)控編程技術的研究[D];燕山大學;2006年

8 朱春霞;基于虛擬樣機的并聯(lián)機床若干關鍵技術的研究[D];東北大學;2008年

9 陳小崗;交叉桿式6軸并聯(lián)機床誤差及剛度特性研究[D];南京理工大學;2013年

10 李鷺揚;6-SPS型并聯(lián)機床若干關鍵理論研究[D];南京航空航天大學;2007年

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1 沈曉健;并聯(lián)式C形龍門銑床機架結構設計與優(yōu)化[D];南京理工大學;2015年

2 于鵬;并聯(lián)機床的研究[D];四川大學;2002年

3 甘泉;新型并聯(lián)機床的運動特性研究[D];電子科技大學;2002年

4 李洋;外銑式并聯(lián)機床的設計與分析[D];哈爾濱理工大學;2004年

5 彭用新;并聯(lián)機床結構及誤差分析研究[D];昆明理工大學;2006年

6 覃艷明;一種新型五自由度并聯(lián)機床的性能分析[D];燕山大學;2003年

7 徐雪梅;并聯(lián)機床的智能控制[D];四川大學;2003年

8 崔龍;并聯(lián)機床加工性能分析與評價[D];南京航空航天大學;2007年

9 公平;并聯(lián)機床顫振特性分析[D];哈爾濱工業(yè)大學;2011年

10 馬剛;基于虛擬樣機技術的并聯(lián)機床系統(tǒng)運動學仿真分析[D];武漢理工大學;2012年

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本文編號：869104