[00906747]多轴联动并联机床姿态标定及运行监控装置

由于加工误差、安装误差等因素的影响，并联机床的理想结构参数(铰链位置、杆长等)与实际的结构参数相比存在偏差，使得并联机床的结构参数模型不准确，影响并联机床末端的运动精度。解决该问题主要是采用标定方法，识别并联机床安装以后的结构参数误差，以获得更接近实际的结构参数。并联机床运动学标定的基本原理就是利用运动学参数的实测信息构造误差函数，以误差函数最小化为目标函数，进而辨识出机构的运动学参数。在并联机床安全性方面，主要的思路有两类：一类是基于并联机床的工作空间、奇异位型的检查，对G代码中的刀具位姿信息进行检查、判断，确保并联机床运行在可靠的工作空间内；另一类则是限位，通过软件或者硬件的方式，将并联机床的滑鞍、虎克铰或者球铰的运动范围进行有效约束，从而保证并联机床正常工作。存在的问题有：标定仪器价格昂贵、标定过程繁杂以及标定和监控互不相关等。这些问题，给企业带来了很高的成本。针对这种情况，在河南省科技攻关计划(0921002210248)资助下，由郑州航空工业管理学院机电工程学院、计算机科学与应用系等单位的十余名研究人员组成课题组，于二00九年一月开始研制开发多轴联动并联机床姿态标定及运行监控设备。经过课题组全体研究人员近两年的共同努力，以双轴倾角仪为传感器完成多轴联动并联机床姿态标定及运行监控设备设计与开发，在并联机床运动学正解以及标定算法中，采用粒子群优化算法进行处理，并采用工业以太网和串行通信方式来实现远程测量与监控。该装置将并联机床标定和监控融为一体，测量原理简单、测控系统成本低廉。该项目的研制与开发中，主要创新性研究工作有如下几个方面：1．提出用粒子群优化算法处理标定时的误差泛函的方法。国内的查新结果表明，国内尚未有相关的研究与应用成果出现，将粒子群优化算法应用于标定时误差泛函的处理，具有如下优点：①全局寻优能力强。通过引入粒子重生策略，大大提升了算法的全局寻优能力，避免陷入局部最优陷阱，提高了标定结果的准确率和标定效率；②易于实现。粒子群优化算法原理简单，用各类语言编程比较容易实现，可以将工程人员从繁重的编程、调试等环节中解放出来；③自适应能力强。粒子群优化算法可控参量较多，可以根据实际需要进行调节，从而获得满意的寻优程序。2．解决了多轴联动并联机床姿态标定及运行监控设备关键技术问题。在多轴联动并联机床姿态标定及运行监控设备中，其关键核心为标定算法，通过课题组成员的不断实验与探索，解决了其关键技术问题。①采用影响系数法分析了各类误差对并联机床末端误差的影响情况，并详细讨论了角度误差和位置误差之间的相互关系，为后续的误差泛函的生成以及并联机床标定打下了良好的基础。②在并联机床运动学正解和对标定时产生的误差泛函进行处理时采用粒子群优化算法，提高了标定结果的准确性和效率。③借鉴编码器的工作原理，利用倾角传感器测得的角度值，计算并联机床姿态变化情况，对并联机床的运行状况进行监控，实现了软件监控和硬件监控的有机结合。