五轴联动冗余驱动并联机床控制系统开发与实验研究

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并联机床的驱动控制是基于运动学计算来完成的,运动学求解效率影响着并联机床的整体动态性能。运动控制精度是衡量机床性能的重要标准,而闭环控制是提高设备运动精度、改善设备整体性能的有效手段。本文以5-UPS/PRPU并联机床为研究对象,针对其运动学算法嵌入、柔性力驱动控制、末端执行器闭环控制等方面进行相关研究,主要研究内容如下:分析推导了5-UPS/PRPU并联机床在冗余驱动状态下的运动学关系,为运动学的嵌入提供基础;引入新的驱动方式,设计制造了柔性力驱动装置,解决了并联机床前期存在的PRPU约束分支中大滑块的机械爬行问题。制定了基于嵌入式运动学驱动的点动运动控制策略,完成了将运动学运算嵌入到运动控制器的过程开发,实现了并联机床末端刀具的点动控制功能,为并联机床的手动快速定位、加工对刀、姿态调整等工作提供了便利。开发组建了主动过约束分支控制系统,研究了级联伺服控制的思想与实现方法,并在此基础上提出了小滑块位置伺服控制策略,以及大滑块力伺服控制策略,为大滑块的运动提供不同的控制模式;研究了冗余状态下的并联机床的回零问题,并基于柔性力驱动器主动跟随控制策略,实现了冗余驱动并联机床的系统回零运动控制;开展了系统全闭环控制研究,制定了系统全闭环控制策略,实现了并联机床冗余驱动下的系统全闭环控制,提高了并联机床的运动控制精度。开发了NC代码程序解析模块,实现了基于运动控制器的NC代码解析功能;开展了大滑块摩擦阻力测量实验,确定了大滑块运动过程中所受阻尼力的大小,为大滑块主动力伺服控制时驱动力的确定提供实验依据;结合串联支链正向运动学简单的特点,借助激光跟踪仪的位置测定功能,完成了并联机床的位置参数标定实验;通过建立了结构参数辨识模型,利用遗传算法对各驱动关节的结构参数进行辨识,修正了并联机床的运动学算法;在开、闭环控制模式下,分别对并联机床刀尖点运动轨迹进行采样分析,验证了系统全闭环控制的可行性,以及对控制精度提高的有效性。
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