【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于机床制造
,尤其涉及于过约束重型并联机床动力学建模法。
技术介绍
并联机床在理论上具刚度质量比大、响应速度快和环境适应性强等优势,然而也存在工作空间小、奇异位形多等缺点。驱动冗余是解决这一问题的有效方法,并且驱动冗余可以进行并联机床的自标定。此外,通过引入额外连杆,将并联机床设计为过约束机构,可以提高机床的刚度。因此,驱动冗余的过约束并联机床具有较好的静、动态性能,是一类具有广阔应用前景的机床。为了实现高动态性能,在控制系统以及结构设计中,需要高精度动力学模型,特别是基于动力学模型的高速高精度并联机床的控制系统中对动力学模型的精度和实时性要求更严格。一般常用的刚体动力学建模方法,如牛顿一欧拉方法法、达朗伯一拉格朗日方程法和虚功原理法,可以用来建立过约束和驱动冗余并联机床的刚体动力学模型,但是,驱动冗余并联机床刚体动力学逆问题的解不唯一。例如,Nahon和Angeles概述了针对驱动冗余刚体动力学逆问题的四种方法:正交分解法、伪逆法、拉格朗日法、直接法。对于过约束并联机构动力学模型,其静态方程个数少于未知力的个数,不能直接求解。为了求解所有未知力,在建模中通常将过约束并联机构简化为非过约束机构,此时,静态力方程的个数等于未知力的个数。尽管这些方法可以建立过约束及驱动冗余并联机床的动力学模型,但是建模中没有考虑到刚度较差杆件的变形以及将过约束机构简化为非过约束机构带来的误差,所建立的动力学模型不准确。尤其是过约束重型并联机床中连杆的变形更大,如果不考虑连杆变形,所建立的刚体动力学模型精度较低。一种过约束重型并联机床的结构如附图说明图1所示 ...
【技术保护点】
一种面向实时控制应用的过约束重型并联机床动力学建模方法,其特征在于,该方法包括以下步骤:?1)根据过约束重型并联机床的结构,通过运动学分析,求出机床各个主动关节的位置,速度和加速度;以及各构件质心在机床不同坐标系中的位置,速度和加速度,同时还根据雅可比矩阵建立动平台和各个主动关节的速度关系;?2)根据对过约束重型并联机床各个构件进行受力分析的情况,采用牛顿?欧拉方法建立过约束重型并联机床中各个构件的力平衡方程和力矩方程;?3)根据过约束重型并联机床的结构参数和支链的杆件轴向变形情况,建立过约束重型并联机床支链中的轴向变形和动平台的输出误差的协调方程;?4)最后,将力平衡方程、力矩方程和误差协调方程联立建立动力学模型,并求出模型中的参数。
【技术特征摘要】
1.一种面向实时控制应用的过约束重型并联机床动力学建模方法,其特征在于,该方法包括以下步骤: 1)根据过约束重型并联机床的结构,通过运动学分析,求出机床各个主动关节的位置,速度和加速度;以及各构件质心在机床不同坐标系中的位置,速度和加速度,同时还根据雅可比矩阵建立动平台和各个主动关节的速度关系; 2)根据对过约束重型并联机床各个构件进行受力分析的情况,采用牛顿-欧拉方法建立过约束重型并联机床中各个构件的力平衡方程和力矩方程; 3)根据过约束重型并联机床的结构参数和支链的杆件轴向变形情况,建立过约束重型并联机床支链中的轴向变形和动平台的输出误差的协调方程; 4)最后,将力平衡方程、力矩方程和误差协调方程联立建立动力学模型,并求出模型中的参数。2.如权利要求1所述方法,其特征在于,所述步骤I)具体包括: 11)建立固定在机床机架上的固定坐标系0-ΧΥ,O点为机床两个立柱与地面的接触点CpC3的中点;X轴水平向右,Y轴垂直向上;建立在动平台上的固定坐标系O' _xy,动平台的中心位置记为(V,χ轴水平向右,y轴垂直向上。在关节点Bi建立以BiAi方向为χ'轴的动坐标系B1-X' γ'以及与固定坐标系O-XY平行的动坐标系B1-Xy15根据图中的几何位置关系得到:r+aj = bi+qie2+lni, i = I, 2, 3, 4 (I) 其中,r = [χ y]T为O'点...
【专利技术属性】
技术研发人员:吴军,王立平,李铁民,于广,阮世松,
申请(专利权)人:清华大学,
类型:发明
国别省市:
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