一种五轴并联装置摩擦力识别方法制造方法及图纸

本发明专利技术涉及并联装置摩擦力辨识技术领域，提供了一种五轴并联装置摩擦力识别方法，其包括如下步骤：根据直线电机动力学模型，获取电机匀速直线运动下的驱动力方程；根据驱动力方程，对驱动力进行频谱分析，并根据频谱波峰获取摩擦力、推力波动与外部干扰力的幅值与频率；基于频谱分析方法，在多组不同速度工况下，获取摩擦力对应的摩擦力序列；将速度与摩擦力序列输入传统摩擦力模型，辨识出具体的模型参数；根据辨识出具体的模型参数改进摩擦力模型，并验证改进的摩擦力模型的拟合精度。本发明专利技术具有辨识速率快、辨识精度高的优点，可以极大地提高五轴并联装置的末端位姿定位精度。大地提高五轴并联装置的末端位姿定位精度。大地提高五轴并联装置的末端位姿定位精度。

【技术实现步骤摘要】
一种五轴并联装置摩擦力识别方法


[0001]本专利技术涉及并联装置摩擦力辨识
，具体而言，涉及一种五轴并联装置摩擦力识别方法。

技术介绍

[0002]相较于串联机器人先天存在的刚度较低和误差累积的缺点，并联机器人的输入和末端输出之间具有环状的闭链约束，其具有刚度大，运动惯量小，负载能力强等优点，被广泛运用于高速度、高载荷的应用场景。
[0003]与传统的旋转电机构成的并联机构相比，运用直线电机后，传统的联轴器、滚珠丝杆以及减速器被从结构中删去，间隙、背隙、变形等因素的影响被大大削弱，极大地提升了机构的运动精度与刚度。基于并联机构的上述优点，将静平台、三自由度并联机构、动平台、末端旋转机构相结合，可获得一种具备较高刚度与定位精度的五轴并联装置。
[0004]在消除大部分其他干扰因素后，摩擦力是占比最大的运动阻力，对其进行精准辨识，并用于前馈控制环节，有助于实现并联装置的精密运动控制。因此，研究一种五轴并联装置摩擦力辨识方法具有重要意义。

技术实现思路

[0005]基于此，为了实现对五轴并联装置摩擦力的辨识，本专利技术提供了一种五轴并联装置摩擦力识别方法，其具体技术方案如下：一种五轴并联装置摩擦力识别方法，其包括如下步骤：根据直线电机动力学模型，获取电机匀速直线运动下的驱动力方程；根据驱动力方程，对驱动力进行频谱分析，并根据频谱波峰获取摩擦力、推力波动与外部干扰力的幅值与频率；基于频谱分析方法，在多组不同速度工况下，获取摩擦力对应的摩擦力序列；将速度与摩擦力序列输入传统摩擦力模型，辨识出具体的模型参数；根据辨识出具体的模型参数改进摩擦力模型，并验证改进的摩擦力模型的拟合精度。
[0006]所述五轴并联装置摩擦力识别方法通过获取摩擦力序列，将速度与摩擦力序列输入传统摩擦力模型，辨识出具体的模型参数，根据辨识出具体的模型参数改进摩擦力模型，并验证改进的摩擦力模型的拟合精度，具有辨识速率快、辨识精度高的优点，可以极大地提高五轴并联装置的末端位姿定位精度。
[0007]进一步地，所述驱动力方程如下：；其中，为电机驱动力，为推力波动，为摩擦力，为外部干扰力。
[0008]进一步地，对驱动力进行频谱分析的具体方法包括如下步骤：
设定电机匀速直线运动时的运动时间为，运动位移为，对驱动力信号进行傅里叶变换，得到的频域信号为：，其中，为虚数单位，为角频率，为自然常数。
[0009]进一步地，将速度与摩擦力序列输入传统摩擦力模型，辨识出具体的模型参数的具体方法包括如下步骤：构建传统摩擦力模型；根据摩擦力值的变化趋势将摩擦力序列分为低速与高速两部分，并假定分界点为；当=0时，得到最大静摩擦力；当时，对摩擦力值进行线性回归，得到回归模型；当时，假定粘滞摩擦系数为0，得到公式，对公式进行线性回归获取临界速度以及待定系数；根据临界速度以及待定系数，对粘滞摩擦系数进行二次辨识，得到摩擦力值的变化曲线在低速段的粘滞摩擦系数；其中，表示摩擦力值，表示库伦摩擦力，表示最大静摩擦力，表示电机匀速直线运动时的运动速度，表示临界速度，表示待定系数，表示粘滞摩擦系数，表示摩擦力值的变化曲线在高速段的粘滞摩擦系数。
[0010]进一步地，根据辨识出具体的模型参数改进摩擦力模型的具体方法包括如下步骤：根据具体的模型参数绘出摩擦力值的变化曲线；采用分段函数拟合摩擦力与速度之间的关系，区分出低速段与高速段；将摩擦力模型分为低速段与高速段，分别拟合出低速段与高速段的摩擦力方程；采用分段函数的方式对进行描述。
[0011]进一步地，所述五轴并联装置包括静平台、三自由度并联机构、动平台以及末端旋转机构，所述三自由度并联机构包括三条支链，每条支链包括直线电机与连杆，三台直线电机两两之间呈60
°
夹角且分别安装在三组导轨上，导轨固定安装在静平台上，连杆的一端通过轴孔配合固定在直线电机上，连杆的另一端固定安装在动平台的底部，末端旋转机构包括运动末端与两个正交的旋转电机组，旋转电机组包括伺服电机、减速器与旋转臂，减速器通过轴孔配合固定安装在动平台上，减速器输出轴与旋转臂的一端紧密配合，两旋转臂的另一端分别通过螺栓固定安装在运动末端的两个正交侧面。
附图说明
[0012]从以下结合附图的描述可以进一步理解本专利技术。图中的部件不一定按比例绘制，而是将重点放在示出实施例的原理上。在不同的视图中，相同的附图标记指定对应的部分。
[0013]图1是本专利技术一实施例中一种五轴并联装置摩擦力识别方法的整体流程示意图；图2是本专利技术一实施例中一种五轴并联装置的整体结构示意图。
[0014]图3是本专利技术一实施例中三自由度并联结构单一支链的结构示意图；图4是本专利技术一实施例中当直线电机运动速度=4.2mm/s时的驱动力频谱图；图5是本专利技术一实施例中传统摩擦力模型的拟合图；图6是本专利技术一实施例中改进的摩擦力模型的拟合图。
[0015]附图标记说明：1、静平台；2、连杆；3、动平台；4、导轨；5、直线电机；6、旋转臂；7、运动末端；8、减速器；9、伺服电机。
具体实施方式
[0016]为了使得本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合其实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用以解释本专利技术，并不限定本专利技术的保护范围。
[0017]需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。
[0018]除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本专利技术的
的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本专利技术的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本专利技术。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
[0019]本专利技术中所述“第一”、“第二”不代表具体的数量及顺序，仅仅是用于名称的区分。
[0020]如图1所示，本专利技术一实施例中的一种五轴并联装置摩擦力识别方法，其包括如下步骤：S1，根据直线电机动力学模型，获取电机匀速直线运动下的驱动力方程。
[0021]根据直线电机特性以及牛顿第二定律，直线电机动力学模型为。式中，为电机驱动力，为推力波动，为摩擦力，为外部干扰力，为电机动子质量，为负载质量，为加速度。
[0022]当直线电机匀速直线运动时，加速度=0。由此可以得到，所述驱动力方程为。
[0023]具体而言，如图2以及图3所示，所述五轴并联装置包括静平台1、三自由度并联机构、动平台3以及末端旋转机构，所述三自由度并联机构包括三条支链，每条支链包括直线
电机5与连杆2，三台直线电机5两两之间呈60
°
夹角且分别安装在三组导轨4上，导轨4固定安装在静平台1上，连杆2的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种五轴并联装置摩擦力识别方法，其特征在于，所述五轴并联装置摩擦力识别方法包括如下步骤：根据直线电机动力学模型，获取电机匀速直线运动下的驱动力方程；根据驱动力方程，对驱动力进行频谱分析，并根据频谱波峰获取摩擦力、推力波动与外部干扰力的幅值与频率；基于频谱分析方法，在多组不同速度工况下，获取摩擦力对应的摩擦力序列；将速度与摩擦力序列输入传统摩擦力模型，辨识出具体的模型参数；根据辨识出具体的模型参数改进摩擦力模型，并验证改进的摩擦力模型的拟合精度。2.如权利要求1所述的一种五轴并联装置摩擦力识别方法，其特征在于，所述驱动力方程如下：；其中，为电机驱动力，为推力波动，为摩擦力，为外部干扰力。3.如权利要求2所述的一种五轴并联装置摩擦力识别方法，其特征在于，对驱动力进行频谱分析的具体方法包括如下步骤：设定电机匀速直线运动时的运动时间为，运动位移为，对驱动力信号进行傅里叶变换，得到的频域信号为：，其中，为虚数单位，为角频率，为自然常数。4.如权利要求3所述的一种五轴并联装置摩擦力识别方法，其特征在于，将速度与摩擦力序列输入传统摩擦力模型，辨识出具体的模型参数的具体方法包括如下步骤：构建传统摩擦力模型；根据摩擦力值的变化趋势将摩擦力序列分为低速与高速两部分，并假定分界点为；当=0时，得到最大静摩擦力；当时，对摩擦力值进行线性回归，得到回归模型；当时，假定粘滞摩擦系数为0，得到公式，对公式进行线性回归获取临界速度以及待定系数；根据...

【专利技术属性】
技术研发人员：谢凌波，王恺，卢清华，陈为林，罗陆锋，
申请(专利权)人：佛山科学技术学院，
类型：发明
国别省市：