新型五轴混联运动平台建模与误差补偿方法研究
随着我国航空航天、汽车、船舶等领域的快速发展和科技水平的不断提高，其零部件的复杂程度与加工精度不断提高，对其制造装备尤其是对其核心运动部件在行程、精度、自由度等方面提出了技术挑战。五轴混联运动平台兼备串联机构大移动行程、大旋转角度的特点和并联机构高精度、高响应速度的优点，为复杂曲面的高速、高精度加工提供了条件。本文针对五轴运动平台在行程、精度、自由度等方面的综合性要求，提出一种新型五轴混联运动平台结构，开展该运动平台运动学建模与误差补偿方法研究，建立其运动学模型及误差模型，搭建该五轴混联运动平台的软硬件系统并进行标定、定位及重复定位实验，验证该五轴混联运动平台标定方法有效性。最后，为进一步提高平台末端的定位精度，提出一种基于微驱动单元的误差补偿方法，阐明微驱动单元作用机制与反馈误差修正原理，并通过实验验证该微驱动误差补偿方法的有效性。论文的主要研究内容可以概括如下： 1、深入调研五轴混联运动平台及微驱动误差补偿方法的国内外研究现状，明确多轴运动平台及微驱动误差补偿技术中存在的关键问题，确定本文的研究内容与技术方案。 2、面向五轴运动平台的性能要求，设计新型五轴混联运动平台新结构，分析五轴混联运动平台并联部分的自由度与力学关系，开展基于MATLAB与ADAMS软件的运动仿真。仿真结果表明，该五轴混联运动平台构型合理且能满足预期运动要求。 3、根据五轴混联运动平台的机构特点，对五轴混联运动平台进行运动学分析及误差建模。将3-PPR并联部分等效为三个串联运动关节，分别建立五轴串联运动学模型及3-PPR并联部分运动学模型，组成五轴混联运动平台运动学模型；基于所建立的运动学方程，用全微分法建立误差模型，为五轴混联运动平台运动控制与运动学标定提供理论基础。 4、搭建该五轴混联运动平台系统，包括基于PowerPMAC控制器的平台硬件系统与运动软件系统。开展五轴混联运动平台的实验研究，包括误差测量、标定实验、定位实验及重复定位实验，验证所开发的五轴混联运动平台性能及运动学标定的有效性。 5、为进一步提高运动平台末端的定位精度，提出一种基于微驱动单元的误差补偿方法，明确附加微驱动单元的动态作用机制以及控制器的反馈误差修正原理，并开展基于微驱动单元的运动轨迹跟踪误差实验。实验结果表明，该方法可在利用微驱动单元作用减小跟踪误差的同时，保证运动系统稳定运行，验证了方法的有效性。
五轴混联运动平台;PowerPMAC控制器;误差补偿;运动仿真;轨迹跟踪
广东工业大学
硕士
机械工程
高健
2021
中文
TP273
2021-10-15（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）