六自由度并聯(lián)機(jī)器人控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

六自由度并聯(lián)機(jī)器人控制系統(tǒng)設(shè)計(jì),自由度,并聯(lián),機(jī)器人,控制系統(tǒng),設(shè)計(jì) 1 ?? XX大學(xué)XX學(xué)院 2 ?? 畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 3 ?? 題 目: 4 ?? 學(xué) 院: XX學(xué)院 5 ?? 專 業(yè): 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化 6 ?? 學(xué) 號(hào): 7 ?? 姓 名: XX 8 ?? 指導(dǎo)教師:XX 9 ?? 完成日期: 2015-5-20 10 ?? 目 錄 11 ?? 摘要 3 12 ?? ABSTRACT 4 13 ?? 第1章 前言 5 14 ?? 1.1 背景與意義 5 15 ?? 1.2 并聯(lián)機(jī)器人發(fā)展歷史及現(xiàn)狀 6 16 ?? 1.2.1 并聯(lián)機(jī)器人組成原理簡(jiǎn)介 6 17 ?? 1.2.2 并聯(lián)機(jī)器人運(yùn)動(dòng)空間簡(jiǎn)介 7 18 ?? 1.2.3 并聯(lián)機(jī)器人結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)簡(jiǎn)介 7 19 ?? 1.2.4 并聯(lián)機(jī)器人剛度、精度、柔度、靈巧度簡(jiǎn)介 7 20 ?? 1.2.5 并聯(lián)機(jī)器人誤差簡(jiǎn)介 7 21 ?? 1.2.6 并聯(lián)機(jī)器人模塊設(shè)計(jì) 7 22 ?? 1.2.7 新型虛擬軸數(shù)控機(jī)床的簡(jiǎn)介 8 23 ?? 第2章 并聯(lián)機(jī)器人的設(shè)計(jì) 9 24 ?? 2.1 機(jī)床中的并聯(lián)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 9 25 ?? 2.2桿件的配置 13 26 ?? 2.3主軸部件 13 27 ?? 2.4驅(qū)動(dòng)裝置的設(shè)計(jì) 13 28 ?? 2.5機(jī)器人機(jī)身的設(shè)計(jì) 14 29 ?? 第3章 部件的設(shè)計(jì) 16 30 ?? 3.1 主軸系統(tǒng) 16 31 ?? 3.1.1 主軸設(shè)計(jì)與受力分析 16 32 ?? 3.1.2刀具夾緊結(jié)構(gòu) 18 33 ?? 3.2桿件和鉸鏈設(shè)計(jì) 18 34 ?? 3.2.1桿件設(shè)計(jì) 18 35 ?? 3.2.2鉸鏈設(shè)計(jì) 21 36 ?? 3.3伺服電機(jī)的選用 22 37 ?? 3.3.1直流伺服電機(jī)的選擇與計(jì)算 22 38 ?? 3.3.2直流伺服電機(jī)的控制 25 39 ?? 第4章 絲桿的計(jì)算與校核 26 40 ?? 4.1 參數(shù)擬訂 26 41 ?? 4.2 穩(wěn)定性驗(yàn)算 27 42 ?? 4.3 剛度驗(yàn)算 27 43 ?? 4.4 效率驗(yàn)算 28 44 ?? 第5章 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 29 45 ?? 5.1電路布線方案 30 46 ?? 5.2電路控制要求 29 47 ?? 5.3電路控制連線原理圖 30 48 ?? 5.4并聯(lián)機(jī)器人控制總成 29 49 ?? 結(jié) 論 31 50 ?? 致謝 32 51 ?? 參考文獻(xiàn) 33 52 ?? 附錄:英文文獻(xiàn)翻譯 34 53 ?? 摘要 54 ?? 概念設(shè)計(jì)是并聯(lián)機(jī)器人設(shè)計(jì)的首要環(huán)節(jié),其目的是在給定所需自由度條件 55 ?? 下,尋求含一個(gè)主剛體(動(dòng)平臺(tái))的并聯(lián)機(jī)構(gòu)桿副配置、驅(qū)動(dòng)方式和總體布局的各種可能組合。 段落降重 56 ?? ???根據(jù)支鏈含有伺服致動(dòng)器的不同數(shù)量的并聯(lián)機(jī)器人大致可分為并聯(lián)和串聯(lián)并聯(lián)混合3種類型。前兩個(gè)僅包含一個(gè)或一個(gè)支鏈的一個(gè)以上的致動(dòng)器,以直接產(chǎn)生三至六個(gè)自由度;后者是在序列產(chǎn)生機(jī)構(gòu)自由所需程度并聯(lián)或串聯(lián)組合少由兩個(gè)以上的自由度。滾珠絲杠螺母或線性電動(dòng)機(jī) - 根據(jù)在一個(gè)支鏈的致動(dòng)器的不同位置上,平行機(jī)械手能內(nèi)部和副副驅(qū)動(dòng)外,與一般使用的線性驅(qū)動(dòng)裝置,例如伺服電動(dòng)機(jī)使用。改變房屋結(jié)構(gòu)可能使并聯(lián)機(jī)器人多樣性的總體布局,也使尺寸,形狀和運(yùn)動(dòng)靈活的工作空間產(chǎn)生很大的不同。因此,在節(jié)目的整體布局的發(fā)展,應(yīng)使用的概念設(shè)計(jì)和運(yùn)動(dòng)學(xué)交互,并根據(jù)具體的要求決定。 段落降重 57 ?? 可實(shí)現(xiàn)多種一臺(tái)機(jī)器上的數(shù)字業(yè)務(wù)通過更換到底是并行的優(yōu)勢(shì)之一。然而,由于該鉸鏈約束的,支鏈的干擾,特別是在位置和其他因素的影響,再加上的姿態(tài),從而導(dǎo)致移動(dòng)平臺(tái)上實(shí)現(xiàn)有限手勢(shì)的能力是純多種6自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)固有缺陷,它是難以適應(yīng)大角度多軸數(shù)控工作的IT需求。目前平行一顯著的趨勢(shì)是采用混合動(dòng)力機(jī)構(gòu)分別實(shí)現(xiàn)平移和旋轉(zhuǎn)自由度。這樣的安排不僅可以讓平移和旋轉(zhuǎn)控制解耦,和一個(gè)大的工作空間,因此可以重組性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。特別是因?yàn)檎獾拇嬖谛?解決的立場(chǎng)來回答,它提供了數(shù)控編程和誤差補(bǔ)償了極大的方便。應(yīng)該強(qiáng)調(diào)的是,傳統(tǒng)機(jī)床的發(fā)展了幾百年,和任何希望從創(chuàng)新來看純粹的體制點(diǎn),同時(shí)試圖設(shè)想完全放棄制造過程的機(jī)械結(jié)構(gòu)合理部分的傳統(tǒng)布局會(huì)失之偏頗。 段落降重 58 ?? 的設(shè)計(jì)是由六個(gè)伸縮桿通過鉸鏈中的框架連接的固定平臺(tái)(幀機(jī))和移動(dòng)平臺(tái)(軸部件),六角形框架機(jī)是固定的平臺(tái),六伸縮桿在一個(gè)60度的角度分布,則錨桿是固定的,并且在桿件的長(zhǎng)度是可變的,也可以是伸縮。另一端6伸縮桿,然后通過帶有主軸移動(dòng)平臺(tái)的鉸鏈部件連接到實(shí)現(xiàn)六度刀具的運(yùn)動(dòng)自由度。該部分被加工被固定在機(jī)臺(tái)上,整個(gè)過程沒有任何動(dòng)靜。運(yùn)動(dòng). 段落降重 59 ?? ABSTRACT 60 ?? This design is made up of 6telescopic rod is connected with a fixing platform ( machine frame ) and a moving platform ( spindle ), the machine on 6 sides of the frame is fixed platform,6 telescopic rod through a hinge at a 60 degree angle distribution in the frame, the support rod is fixed, and the rod of are variable in length, can be telescopic.?6 telescopic rod at the other end,?through a hinge and a spindle of moving platform is connected,?so as to realize the tool with 6degrees of freedom of motion. Parts to be processed is fixed on a working table of a machine tool,?in the entire process without any movement 段落降重 61 ?? 第1章 前言 62 ?? 1.1 課題背景與意義 63 ?? 為了提高生產(chǎn)環(huán)境的適應(yīng)性,以滿足迅速變化的市場(chǎng)需求,近年來,全球機(jī)床制造業(yè)正在積極探索和新的多功能制造設(shè)備和系統(tǒng)的發(fā)展,其中,所述機(jī)器結(jié)構(gòu)的技術(shù)突破談到90年代中期并聯(lián)機(jī)器人的出現(xiàn)(ParallelMachineTool),也被稱為虛擬(是)軸機(jī)床(VirtualAxisMachineTool)或并聯(lián)運(yùn)動(dòng)機(jī)床(ParallelKinematicsMachine)。從本質(zhì)上講并聯(lián)機(jī)器人機(jī)器人和機(jī)器制造技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物,其原型是并聯(lián)機(jī)器人機(jī)械手。相比于實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)五軸數(shù)控機(jī)床功能對(duì)等,并聯(lián)機(jī)器人具有以下優(yōu)點(diǎn): 段落降重 64 ?? 剛度重量比:由于使用或不平行的閉環(huán)組靜態(tài)靜定桁架結(jié)構(gòu),并在準(zhǔn)靜態(tài)的情況下,所述第二動(dòng)力傳動(dòng)構(gòu)件理論上僅由張力和壓縮載荷桿的限制,所以重量的驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)部的具有高的承載能力。 段落降重 65 ?? 響應(yīng)速度快:一個(gè)顯著降低運(yùn)動(dòng)部件的慣性有效地提高了伺服控制器的動(dòng)態(tài)品質(zhì)使得移動(dòng)平臺(tái),以獲得高進(jìn)給速度和加速度,因此特別適合于各種高速數(shù)控操作。 段落降重 66 ?? 環(huán)境適應(yīng)性:易可重構(gòu)和模塊化設(shè)計(jì),并且可以構(gòu)成各種布局和組成自由。安裝在可用于多軸銑,鉆一個(gè)移動(dòng)平臺(tái)工具,研磨,拋光等加工形狀的工具銳化。機(jī)械及設(shè)備的手腕,高能束源或CCD照相機(jī)等的結(jié)束,但也完成精密裝配,特殊處理和測(cè)量操作。 段落降重 67 ?? 技術(shù)附加值高:平行于“硬件”簡(jiǎn)單,“軟件”復(fù)雜的特點(diǎn)是一個(gè)技術(shù)性很強(qiáng)的增值機(jī)電一體化產(chǎn)品,因此有望獲得較高的經(jīng)濟(jì)回報(bào)。 段落降重 68 ?? 我們的研究和開發(fā)已列入“九五”計(jì)劃并聯(lián)機(jī)器人和863高科技發(fā)展計(jì)劃,不斷研究的基本理論由美國(guó)國(guó)家自然科學(xué)基金和國(guó)家攀登計(jì)劃資助。部分高校的并行開發(fā)也將納入教育211個(gè)重點(diǎn)建設(shè)項(xiàng)目,和當(dāng)?shù)卣块T的支持部和吸引機(jī)床骨干企業(yè)的參與。為支持國(guó)家自然科學(xué)基金,中國(guó)大陸在這方面的研究的中堅(jiān)力量,1999年6月該國(guó)在清華大學(xué)舉行的并行和并行設(shè)計(jì)理論與關(guān)鍵技術(shù)研討會(huì)第一屆會(huì)議上,并聯(lián)機(jī)器人的發(fā)展?fàn)顩r,未來趨勢(shì)和問題的討論來解決。 段落降重 69 ?? 1.2 并聯(lián)機(jī)器人發(fā)展歷史及現(xiàn)狀 70 ?? 并聯(lián)機(jī)器人和虛擬軸機(jī)床常用的Stewart平臺(tái)及其變形機(jī)制,是現(xiàn)代機(jī)器人技術(shù)和現(xiàn)代機(jī)械技術(shù)的完美結(jié)合。并行使得近兩個(gè)世紀(jì)以來的結(jié)構(gòu)和基于機(jī)器上已經(jīng)發(fā)生了根本性的變化笛卡爾坐標(biāo)直線位移運(yùn)動(dòng),放棄了固定的刀具導(dǎo)軌,采用的是多極并聯(lián)機(jī)構(gòu)的驅(qū)動(dòng)完全打破了機(jī)器的傳統(tǒng)觀念結(jié)構(gòu)。由于挖掘Stewart平臺(tái)結(jié)構(gòu),大大提高了機(jī)器實(shí)現(xiàn)超快高速加工的剛性,促使加工速度和加工質(zhì)量顯著提高。由于本機(jī)具有高剛性,高承載能力,高轉(zhuǎn)速,高精度,重量輕,機(jī)械結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,標(biāo)準(zhǔn)化和模塊化的優(yōu)勢(shì)程度高,航天,兵器,船舶,電子等領(lǐng)域的需要精密加工它已經(jīng)成功應(yīng)用。你可以說:“虛擬軸數(shù)控機(jī)床被認(rèn)為是機(jī)械設(shè)計(jì)的20世紀(jì)最具革命性的突破,機(jī)床代表了發(fā)展21世紀(jì)的方向?！? 段落降重 71 ?? 1.2.1 并聯(lián)機(jī)器人組成原理簡(jiǎn)介 72 ?? 研究并聯(lián)機(jī)器人運(yùn)動(dòng)副類型、自由度計(jì)算、支鉸類型以及運(yùn)動(dòng)學(xué)分析、建模與仿真等問題。 73 ?? 1.2.2 并聯(lián)機(jī)器人運(yùn)動(dòng)空間簡(jiǎn)介 74 ?? 包括運(yùn)動(dòng)空間分析及仿真、可達(dá)工作空間求解(如數(shù)值求解法、球坐標(biāo)搜索法等)、機(jī)床干涉計(jì)算及位置分析等。 段落降重 75 ?? 1.2.3 并聯(lián)機(jī)器人結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)簡(jiǎn)介 76 ?? 并聯(lián)機(jī)器人的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)包括很多內(nèi)容,如安全機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)、機(jī)床的總體布局、數(shù)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)(包括數(shù)控平臺(tái)建造、數(shù)控系統(tǒng)編程、數(shù)控加工過程仿真等)。 段落降重 77 ?? 1.2.4 并聯(lián)機(jī)器人剛度、精度、柔度、靈巧度簡(jiǎn)介 78 ?? 平行機(jī)構(gòu)閉環(huán)特性,并聯(lián)機(jī)器人結(jié)構(gòu)比傳統(tǒng)系列機(jī)器具有更高的剛度,但這個(gè)功能耦合引起的相對(duì)動(dòng)態(tài)的分析上極大的困擾的形成問題,因此應(yīng)給予足夠的重視學(xué)業(yè)。研究并聯(lián)機(jī)器人的精度仍然是一個(gè)國(guó)際問題,其中包括機(jī)器硬件的研究(與前機(jī)床的設(shè)計(jì)和精密制造精度描述)和系統(tǒng)輸出精度的研究(后處理和機(jī)床制造業(yè)產(chǎn)值數(shù)據(jù)和評(píng)估的準(zhǔn)確性)。并聯(lián)機(jī)器人的靈活性,包括彈性分析,合規(guī)性評(píng)價(jià)指標(biāo)及其在工作空間和狀分布。敏捷主要指標(biāo)靈巧和分布。 段落降重 79 ?? 1.2.5 并聯(lián)機(jī)器人誤差簡(jiǎn)介 80 ?? 包括誤差分析、建模及誤差精度保證、測(cè)量系統(tǒng)設(shè)計(jì)等問題。 81 ?? 1.2.6 并聯(lián)機(jī)器人模塊設(shè)計(jì) 82 ?? 根據(jù)空間和平面的工件,并相應(yīng)地平行機(jī)械手送入太空型平行機(jī)械手和平面并聯(lián)機(jī)器人兩類。根據(jù)功能和結(jié)構(gòu),可分為以下功能塊平行:①執(zhí)行模塊; ②基本模塊(靜態(tài)平臺(tái)模塊); ③移動(dòng)平臺(tái)模塊; ④機(jī)架模塊; ⑤定位模塊; ⑥驅(qū)動(dòng)模塊; ⑦控制和顯示模塊; ⑧潤(rùn)滑和冷卻模塊。 段落降重 83 ?? 1.2.7 新型虛擬軸數(shù)控機(jī)床的簡(jiǎn)介 84 ?? 虛擬軸數(shù)控機(jī)床是“使用制造數(shù)學(xué)工具。”由于這種機(jī)器的設(shè)計(jì)和操作使用非常復(fù)雜的數(shù)學(xué)計(jì)算和推理。?Stewart平臺(tái)目前的理論研究取得了一些重要的結(jié)論,進(jìn)一步研究Stewart平臺(tái)的綜合分析,提供對(duì)虛擬軸數(shù)控機(jī)床的發(fā)展提供了理論依據(jù)。 段落降重 85 ?? 第2章 并聯(lián)機(jī)器人的設(shè)計(jì) 86 ?? 2.1 機(jī)床中的并聯(lián)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 87 ?? (1)概念設(shè)計(jì) 88 ?? 概念設(shè)計(jì)的平行機(jī)械手的設(shè)計(jì),其目的是在所需的自由給定的條件下,最重要的部分 89 ?? 通過尋求的并行的子杠桿機(jī)構(gòu)包括一個(gè)主要的剛性體配置(移動(dòng)臺(tái))中的所有可能的組合,驅(qū)動(dòng)模式和總體布局。 90 ?? 可實(shí)現(xiàn)多種一臺(tái)機(jī)器上的數(shù)字業(yè)務(wù)通過更換到底是并行的優(yōu)勢(shì)之一。然而,由于該鉸鏈約束的,支鏈的干擾,特別是在位置和其他因素的影響,再加上的姿態(tài),從而導(dǎo)致移動(dòng)平臺(tái)上實(shí)現(xiàn)有限手勢(shì)的能力是純多種6自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)固有缺陷,它是難以適應(yīng)大角度多軸數(shù)控工作的IT需求。目前平行一顯著的趨勢(shì)是采用混合動(dòng)力機(jī)構(gòu)分別實(shí)現(xiàn)平移和旋轉(zhuǎn)自由度。這樣的安排不僅可以讓平移和旋轉(zhuǎn)控制解耦,和一個(gè)大的工作空間,因此可以重組性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。特別是因?yàn)檎獾拇嬖谛?解決的立場(chǎng)來回答,它提供了數(shù)控編程和誤差補(bǔ)償了極大的方便。應(yīng)該強(qiáng)調(diào)的是,傳統(tǒng)機(jī)床的發(fā)展了幾百年,和任何希望從創(chuàng)新來看純粹的體制點(diǎn),同時(shí)試圖設(shè)想完全放棄制造過程的機(jī)械結(jié)構(gòu)合理部分的傳統(tǒng)布局會(huì)失之偏頗。 段落降重 91 ?? (2)運(yùn)動(dòng)學(xué)設(shè)計(jì) 92 ?? 并聯(lián)運(yùn)動(dòng)設(shè)計(jì)包括兩個(gè)工作區(qū)內(nèi)容的一個(gè)工作區(qū)的定義和說明,以及分析和綜合。工作區(qū)的合理定義是并聯(lián)運(yùn)動(dòng)設(shè)計(jì)的第一個(gè)環(huán)節(jié)。從傳統(tǒng)工具不同,工作空間并聯(lián)機(jī)器??人的各種支鏈的工作子空間通常由封閉包圍多個(gè)空間的補(bǔ)丁提供的交集。需要適應(yīng)的定義為機(jī)床的編程工作空間中的工作區(qū)接觸幾何規(guī)則的多軸數(shù)控作業(yè),通常是柔性(喬)內(nèi)。為純六自由度機(jī)械手,實(shí)現(xiàn)了移動(dòng)平臺(tái)的位置和姿態(tài)的能力被彼此耦合,即增加的姿勢(shì),工作空間縮小。因此,為了實(shí)現(xiàn)移動(dòng)臺(tái)的位置和方向,以實(shí)現(xiàn)可視化的能力,往往就需要減少空間位置或取向空間描述的維數(shù)。 段落降重 93 ?? 1)工作空間分析和綜合的并聯(lián)運(yùn)動(dòng)設(shè)計(jì)的核心內(nèi)容。概括地說,涉及公知的空間分析尺度參數(shù)和有源關(guān)節(jié)范圍的變量變化的條件的工作,以評(píng)估運(yùn)動(dòng)平臺(tái)上實(shí)現(xiàn)的位置和取向的能力;大規(guī)模集成在程序基礎(chǔ)上,實(shí)現(xiàn)構(gòu)成的空間預(yù)先給定的能力,并使得操作的最佳性能為目標(biāo),以確定??主動(dòng)改變關(guān)節(jié)變量和尺度參數(shù)的范圍。 段落降重 94 ?? 2)在工作區(qū)的分析可以使用數(shù)值方法或解析方法。前者的核心算法,根據(jù)使用反向運(yùn)動(dòng)學(xué)和KT邊界點(diǎn)集搜索條件的邊界工作區(qū)邊界的性質(zhì)將作為約束。其基本思路是,后者將被拆解成幾個(gè)并聯(lián)機(jī)構(gòu)的單開鏈,在每個(gè)解決單一的開放空間的邊界采用弧形包圍鏈,然后用技術(shù)來獲得整個(gè)曲面相交工作區(qū)的邊界。 段落降重 95 ?? 3)的最終目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)全面大規(guī)模并行運(yùn)動(dòng)學(xué)設(shè)計(jì),我們需要考慮到移動(dòng)平臺(tái)的位置和方向,實(shí)現(xiàn)原則的能力,鍛煉柔韌性,支,干擾等因素。對(duì)于6自由度機(jī)械手,可以利用目前規(guī)模綜合方法可分為:基于全面規(guī)模各向同性的情況下,都基于加權(quán)綜合指數(shù)各向同性條件和綜合秤臺(tái)的姿勢(shì)移動(dòng)能力,和整體的靈活性三種方法。第一種方法依賴于規(guī)模參數(shù)滿足各向同性的條件,所以無窮多個(gè)解的存在只是因?yàn)?。用于移?dòng)平臺(tái)的第二種方法需要預(yù)訂的手勢(shì)功能在一個(gè)給定的工作空間,通過施加適當(dāng)?shù)募s束,可以有效的解決多種解決方案的問題。第三種方法是比較常見的,通常雅可比在工作區(qū)第一時(shí)刻為目標(biāo)矩陣條件數(shù),該問題的規(guī)模歸結(jié)為一類綜合性功能極值。值得注意的是,第二個(gè)方法只適用于特定的平行機(jī)構(gòu)(如Stewart平臺(tái));并且除了低計(jì)算效率前三種方法,而且還可以不考慮該平臺(tái)的功能來實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)的姿態(tài)。因此,不同類型的機(jī)器人,考慮到各種研究和高效的性能尺度綜合的方法將是一個(gè)非常有意義的工作。下一頁 段落降重 96 ?? (3)動(dòng)態(tài)問題 97 ?? 剛體動(dòng)力學(xué)逆問題是并聯(lián)機(jī)器人,全動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)和控制器參數(shù)整定的理論基礎(chǔ)的動(dòng)態(tài)分析。這樣的問題可以歸因于已知的解決內(nèi)力的移動(dòng)平臺(tái)的運(yùn)動(dòng)和驅(qū)動(dòng)力的鉸鏈。歐拉法,拉格朗日方程,虛功原理,凱恩方程等 - 相對(duì)應(yīng)的建模方法可以在幾乎所有的力學(xué),可用于,例如牛頓使用。容易建立,因?yàn)椴僮骺臻g和關(guān)節(jié)空間速度和加速度由雅可比和Hessian矩陣,以及廣義結(jié)構(gòu)構(gòu)件和廣義慣性力的運(yùn)動(dòng)的這樣的速度之間的映射,這是合理的認(rèn)為虛功(率)原則建模的首選方法。 段落降重 98 ?? 1)動(dòng)態(tài)性能并行處理是影響的重要指標(biāo)的效率和精度。并聯(lián)機(jī)器人的動(dòng)態(tài)績(jī)效評(píng)價(jià)可以按照一系列相應(yīng)的結(jié)果,你可以使用條件的動(dòng)態(tài)數(shù)字,動(dòng)態(tài)最小奇異值和動(dòng)態(tài)可操作性橢球長(zhǎng)半軸幾何平均值為指標(biāo)。該機(jī)器人不同的是,金屬切削機(jī)床動(dòng)態(tài)的優(yōu)劣主要是基于考慮結(jié)構(gòu)振動(dòng)和切割穩(wěn)定性。動(dòng)感的設(shè)計(jì)目標(biāo)一般都可以歸結(jié)為權(quán)重的整個(gè)單元的改進(jìn)靜態(tài)剛度;通過質(zhì)量和剛度合理搭配使低級(jí)別的主導(dǎo)振動(dòng)能量平衡模式;并且有效地降低刀具和工件最大負(fù)實(shí)靈活性部分之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng),以提高抗切削顫振的能力。動(dòng)態(tài)績(jī)效評(píng)價(jià)是有節(jié)目,這兩個(gè)機(jī)器人和機(jī)床之間的一些差異。實(shí)際上,前者不計(jì)算和對(duì)結(jié)構(gòu)支持子系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性和工作性能有特殊要求的效果;后者不考慮運(yùn)動(dòng)部件的慣性和與位置和非線性時(shí)變形狀的變化的剛度。因此,深度平行耦合與這些機(jī)構(gòu),復(fù)雜的機(jī)械系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)建模和機(jī)器的動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)具有非固定長(zhǎng)度和非線性特性,這將是一項(xiàng)艱巨的任務(wù)。這項(xiàng)工作的指導(dǎo)控制器參數(shù)調(diào)整,提高了系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)品質(zhì)也是非常重要的。 段落降重 99 ?? (4) 精度設(shè)計(jì)與運(yùn)動(dòng)學(xué)標(biāo)定 100 ?? ??? 精度問題是并聯(lián)機(jī)器人能否投入工業(yè)運(yùn)行的關(guān)鍵。并聯(lián)機(jī)器人的自身誤差可分為準(zhǔn)靜態(tài)誤差和動(dòng)態(tài)誤差。前者主要包括由零部件制造與裝配、鉸鏈間隙、伺服控制、穩(wěn)態(tài)切削載荷、熱變形等引起的誤差;后者主要表現(xiàn)為結(jié)構(gòu)與系統(tǒng)的動(dòng)特性與切削過程耦合所引起的振動(dòng)產(chǎn)生的誤差。機(jī)械誤差是并聯(lián)機(jī)器人準(zhǔn)靜態(tài)誤差的主要來源,包括零部件的制造與裝配誤差。目前,由于尚無有效的手段檢測(cè)動(dòng)平臺(tái)位姿信息,因而無法實(shí)現(xiàn)全閉環(huán)控制條件下,通過精度設(shè)計(jì)與運(yùn)動(dòng)學(xué)標(biāo)定改善機(jī)床的精度就顯得格外重要。 段落降重 101 ?? ??? 1)精度設(shè)計(jì)是機(jī)床誤差避免技術(shù)的重要內(nèi)容,可概括為精度預(yù)估與精度綜合兩類互逆問題。精度預(yù)估的主要任務(wù)是,按照某一精度等級(jí)設(shè)定零部件的制造公差,根據(jù)閉鏈約束建立誤差模型,并在統(tǒng)計(jì)意義下預(yù)估刀具在整個(gè)工作空間的位姿方差,最后通過靈敏度分析修改相關(guān)工藝參數(shù),直至達(dá)到預(yù)期的精度指標(biāo)。工程設(shè)計(jì)中,更具意義的工作是精度綜合,即精度設(shè)計(jì)的逆問題。精度綜合是指預(yù)先給定刀具在工作空間中的最大位姿允差(或體積誤差),反求應(yīng)分配給零部件的制造公差,并使它們達(dá)到某種意義下的均衡。精度綜合一般可歸結(jié)為一類以零部件的制造公差為設(shè)計(jì)變量,以其關(guān)于誤差靈敏度矩陣的加權(quán)歐氏范數(shù)最大為目標(biāo),以及以公差在同一精度等級(jí)下達(dá)到均衡為約束的有約束二次線性規(guī)劃問題。 段落降重 102 ?? 2)運(yùn)動(dòng)學(xué)標(biāo)定,又稱為精度補(bǔ)償或基于信息的精度創(chuàng)成,是提高并聯(lián)機(jī)器人精度的重要手段。運(yùn)動(dòng)學(xué)標(biāo)定的基本原理是,利用閉鏈約束和誤差可觀性,構(gòu)造實(shí)測(cè)信息與模型輸出間的誤差泛函,并用非線性最小二乘技術(shù)識(shí)別模型參數(shù),再用識(shí)別結(jié)果修正控制器中的逆解模型參數(shù),進(jìn)而達(dá)到精度補(bǔ)償?shù)哪康?。高效?zhǔn)確的測(cè)量方法是實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)學(xué)標(biāo)定的首要前提。根據(jù)測(cè)量輸出不同,通?？刹捎?類運(yùn)動(dòng)學(xué)標(biāo)定方法:①利用內(nèi)部觀測(cè)器所獲信息的自標(biāo)定方法,其一般需要在從動(dòng)鉸上安裝傳感器(如在虎克鉸上安裝編碼器);②檢測(cè)刀具位姿信息的外部標(biāo)定方法,其原則上需要高精度檢具和昂貴的五坐標(biāo)檢測(cè)裝置。 段落降重 103 ?? (5)數(shù)控系統(tǒng) 104 ?? 1)從圖機(jī)床運(yùn)動(dòng)的點(diǎn),平行機(jī)械手與移動(dòng)平臺(tái)在笛卡爾空間常規(guī)機(jī)之間的本質(zhì)區(qū)別是關(guān)節(jié)空間(也稱為實(shí)際情況地圖)的非線性映射伺服運(yùn)動(dòng)。因此,當(dāng)運(yùn)動(dòng)控制,必須定位逆解模型將預(yù)先刀具的位置和方向和速度信息輸入到伺服控制命令系統(tǒng)的方式進(jìn)行,并驅(qū)動(dòng)并行機(jī)制來實(shí)現(xiàn)該工具的希望的運(yùn)動(dòng)。由于不同的配置和尺度參數(shù),從而在結(jié)構(gòu)和不同的并聯(lián)機(jī)器人參數(shù)映射的實(shí)際情況是不同的,所以使用開放式數(shù)控系統(tǒng)是建立系統(tǒng)適用性增加的理想方式。 段落降重 105 ?? 2)為了實(shí)現(xiàn)高速高精度刀具軌跡控制,并聯(lián)機(jī)器人系統(tǒng)需要高性能數(shù)控系統(tǒng)的硬件和軟件。系統(tǒng)軟件通常包括用戶界面,數(shù)據(jù)預(yù)處理,插值計(jì)算,根據(jù)實(shí)際情況的變化,PLC控制,安全等模塊,并要求簡(jiǎn)單,可靠,可用于低級(jí)別的訪問,并能完成多任務(wù)實(shí)時(shí) - 時(shí)間操作系統(tǒng)的調(diào)度。 段落降重 106 ?? 3)友好的用戶界面是實(shí)現(xiàn)并聯(lián)機(jī)器人工業(yè)運(yùn)行的一個(gè)重要因素是不容忽視的。由于操作者習(xí)慣于傳統(tǒng)數(shù)控機(jī)床操作面板和相關(guān)的術(shù)語和命令系統(tǒng),所以容易根據(jù)考慮中的并聯(lián)機(jī)器人數(shù)控系統(tǒng)的用戶界面的開發(fā)給最終用戶,則必須將特征的傳動(dòng)原理方面隱藏在系統(tǒng)內(nèi)留下給用戶或者要求用戶信息,與傳統(tǒng)的工具可能是一致的。這個(gè)信息通常包括一個(gè)操作面板顯示,數(shù)字程序代碼和坐標(biāo)定義。 段落降重 107 ?? 4)實(shí)時(shí)插補(bǔ)計(jì)算工具是實(shí)現(xiàn)高速,關(guān)鍵技術(shù)的高精度軌跡控制。在工業(yè)PC和多軸運(yùn)動(dòng)控制器板開芯結(jié)構(gòu)并行數(shù)控系統(tǒng),通用和容易插值算法,在操作空間離散刀具路徑,根據(jù)精度的要求,并插入根據(jù)填補(bǔ)采樣頻率所提供的硬件,根據(jù)時(shí)間軸為離散點(diǎn)粗插值,然后根據(jù)實(shí)際情況變換數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成關(guān)節(jié)的空間,然后到控制器精插補(bǔ)。注意到兩個(gè)離散點(diǎn)甚至簡(jiǎn)單的線性勻速運(yùn)動(dòng)之間的操作空間,它會(huì)被轉(zhuǎn)換成關(guān)節(jié)的空間,對(duì)應(yīng)的兩個(gè)離散點(diǎn)之間移運(yùn)動(dòng),因此,如果關(guān)節(jié)間隙仍然是兩個(gè)中的每個(gè)軸的離散點(diǎn)間作勻速運(yùn)動(dòng),則每個(gè)軸復(fù)雜彎曲路徑中的操作空間的合成。因此,我們必須致密離散點(diǎn),以創(chuàng)建一個(gè)高速,高精度的刀具路徑。這不僅需要大大提高插值率控制,并需要有效地應(yīng)對(duì)過渡的速度。 段落降重 108 ?? (6)鍵基體 109 ?? 專業(yè)化和系列化配套的關(guān)鍵基礎(chǔ)設(shè)施元件內(nèi)置高速高精度并聯(lián)機(jī)器人,可重構(gòu)和模塊化設(shè)計(jì)的產(chǎn)品,以及物質(zhì)保證一個(gè)顯著降低制造成本。這項(xiàng)工作也是平行于市場(chǎng)的重要組成部分。需要包括一個(gè)功率比高速主軸單元,高速高性能的直線電機(jī),精密絲杠導(dǎo)軌,結(jié)構(gòu)緊湊,可調(diào)節(jié)輥間隙精密球軸承的體積和卡時(shí),鉸鏈和高并行較大的關(guān)鍵基礎(chǔ)件 - 精密光柵和激光測(cè)量定位系統(tǒng)。目前,國(guó)外已有專業(yè)生產(chǎn)廠(如德國(guó)INA軸承公司)開發(fā)出不同系列的產(chǎn)品。然而,這些產(chǎn)品在中國(guó)仍是大部分是空的,或者有國(guó)際先進(jìn)水平差距較大。 段落降重 110 ?? 1)并聯(lián)機(jī)器人是機(jī)器的家族的一個(gè)新成員,仍然是在家里,也有需要克服了很多理論和技術(shù)問題在“嬰兒期”。平行鍵活力能夠回答潛在客戶有什么理由能說服我買并聯(lián)機(jī)器人代替?zhèn)鹘y(tǒng)的工具,“這個(gè)問題。因此,緊緊抓住了新一代的生產(chǎn)設(shè)備變化的機(jī)會(huì),加強(qiáng)理論并聯(lián)機(jī)器人研究和工程實(shí)踐,以盡快推動(dòng)高新技術(shù)這種新型數(shù)控裝備的早期商業(yè)化和產(chǎn)業(yè)化轉(zhuǎn)化為生產(chǎn)力具有重要的意義。這項(xiàng)工作將依賴于政府部門,機(jī)床制造商和愿景的潛在用戶,機(jī)器人和機(jī)械設(shè)計(jì)機(jī)構(gòu)的工作人員和工人學(xué)會(huì)協(xié)作和不懈努力。 段落降重 111 ?? 2)設(shè)計(jì)是在60度角分布的上部由連接到固定平臺(tái)(幀機(jī)六伸縮桿)和移動(dòng)平臺(tái)(軸部件),六角形框架機(jī)是固定的平臺(tái),六伸縮桿通過鉸鏈幀,錨桿是固定的,并且在桿件的長(zhǎng)度是可變的,也可以是伸縮。另一端6伸縮桿,然后通過帶有主軸移動(dòng)平臺(tái)的鉸鏈部件連接到實(shí)現(xiàn)六度刀具的運(yùn)動(dòng)自由度。該部分被加工被固定在機(jī)臺(tái)上,整個(gè)過程沒有任何動(dòng)靜。 段落降重 112 ?? 2.2桿件的配置 113 ?? 桿件是并聯(lián)運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的驅(qū)動(dòng)元件。桿系的配置對(duì)并聯(lián)運(yùn)動(dòng)機(jī)船的結(jié)構(gòu)和性能都將起到絕對(duì)性的作用。 段落降重 114 ?? 桿件的配置主要考慮的問題是: 段落降重 115 ?? (1)桿件的基點(diǎn)是固定的還是移動(dòng)的 116 ?? (2) 桿件的長(zhǎng)度是可變的還是固定的 117 ?? (3) 桿件與動(dòng)平臺(tái)的連接形式 118 ?? 我所選擇的桿柱的可變棒長(zhǎng)度,其處置特性的杠桿長(zhǎng)度可通過伸縮機(jī)構(gòu)而改變,所述桿通過鉸鏈固定至框架機(jī)的一端,其另一端通過一個(gè)鉸鏈與移動(dòng)連接平臺(tái)。位置控制信號(hào)到伺服馬達(dá)驅(qū)動(dòng)滾珠絲杠傳動(dòng)后,通過拉伸或譯碼器返回到位置控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的伸縮桿,位移或旋轉(zhuǎn)角度測(cè)量系統(tǒng)。很顯然,可以改變連桿的長(zhǎng)度,也就是,它的最大和機(jī)器的工作空間的最小長(zhǎng)度將有一個(gè)直接的影響,而有限伸縮結(jié)構(gòu)。 段落降重 119 ?? 2.3主軸部件 120 ?? 馬達(dá)軸垂直配置,有助于實(shí)現(xiàn)移動(dòng)平臺(tái)的大的角度,在保證電機(jī)軸和杠桿,該表和工件之間沒有干擾。 段落降重 121 ?? 2鉸鏈安裝位置作為軸端的底部和頂端分增加機(jī)器的剛度附近。 122 ?? 酒吧的系統(tǒng)配置采取程序并行和交叉組合,幫助設(shè)計(jì)框架及機(jī)導(dǎo)軌。 123 ?? 2.4驅(qū)動(dòng)裝置的設(shè)計(jì) 124 ?? 有兩種驅(qū)動(dòng)裝置可供選擇: 段落降重 125 ?? (1)直線電動(dòng)機(jī)直接驅(qū)動(dòng) 126 ?? (2)伺服電動(dòng)機(jī)滾珠絲杠桿驅(qū)動(dòng) 127 ?? 使用相同的線性球?qū)蚪Y(jié)構(gòu)和線性位移測(cè)量系統(tǒng),以便它可以互換兩個(gè)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。測(cè)試比較。直線電機(jī)直接驅(qū)動(dòng)的滑板不再安裝在球?qū)驂K2的兩側(cè);和球的安裝伺服電機(jī)滾珠絲桿滑板短邊擰滑球?qū)驂K材料是鋁,整體鋁木銑和加工。在結(jié)構(gòu)的線性電動(dòng)機(jī)幻燈片具有許多肋,以降低系統(tǒng)成本,由鋁合金制成的。除了考慮滑動(dòng)和制造成本函數(shù)需要的結(jié)構(gòu),而且要在幻燈片上的固定位置最小化的各種部件,萬向接頭的數(shù)量,因此是鏡面對(duì)稱的。由于成本低伺服驅(qū)動(dòng)滾珠絲杠,所以選擇伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)的滾珠螺桿。 段落降重 128 ?? 2.5機(jī)器人機(jī)身的設(shè)計(jì) 129 ?? 機(jī)床的框架除了保證實(shí)現(xiàn)所要求的工作空間和并聯(lián)運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)及其驅(qū)動(dòng)裝置的安裝要求外,在設(shè)計(jì)過程中還考慮以下問題: 段落降重 130 ?? (1)框架零件的組成。 段落降重 131 ?? (2)回轉(zhuǎn)工作臺(tái)的連接。 段落降重 132 ?? (3)刀具交換系統(tǒng)和刀具交換位置 133 ?? (4)排屑傳送帶的位置 134 ?? (5)電源和其他管路的連接方法 135 ?? 將其設(shè)計(jì)成左右對(duì)稱的框架和床身底座。將各種部件和裝置安裝到機(jī)床框架和底座上。如圖1示: 段落降重 136 ?? 圖1 機(jī)床框架和床身 137 ?? 第3章 部件的設(shè)計(jì) 138 ?? 3.1 主軸系統(tǒng) 139 ?? 3.1.1 主軸設(shè)計(jì)與受力分析 140 ?? 國(guó)內(nèi)電主軸和國(guó)外產(chǎn)品相比,無論是性能,品種和質(zhì)量都有國(guó)內(nèi)產(chǎn)品和國(guó)外相比電主軸,主要表現(xiàn)在以下差距較大差距:低速電主軸國(guó)外高達(dá)1000N·m的①輸出扭矩,而中國(guó)只比300N·m的少。?②在高速,電動(dòng)速度外商主軸加工中心達(dá)到75000r / min時(shí),我們的國(guó)家是多還是少30000r / min的。?③主軸軸承的潤(rùn)滑,油潤(rùn)滑國(guó)外普遍采用,但中國(guó)仍然是潤(rùn)滑。?④其他配套技術(shù)也有較大差距,如主軸電機(jī)矢量控制,交流伺服控制技術(shù),精確定位,快速的啟動(dòng),停止等。?⑤在類型,規(guī)模,數(shù)量和生產(chǎn)規(guī)模,國(guó)內(nèi)電主軸仍處于原型階段少量的研究和開發(fā),而不是一個(gè)系列,專業(yè)化,不能滿足數(shù)控機(jī)床和加工中心的內(nèi)需發(fā)展。歐洲和美國(guó)的公司有很強(qiáng)的前瞻性和創(chuàng)新能力的研究和關(guān)鍵部件,如編碼器系統(tǒng),工具接口,電機(jī)的操作系統(tǒng)和相關(guān)的電主軸歐洲和國(guó)際等國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)和產(chǎn)品的開發(fā)都涉及到發(fā)展和生產(chǎn)的企業(yè)這是他們最有利的。 段落降重 141 ?? 1)在低轉(zhuǎn)速高扭矩的主軸,國(guó)外產(chǎn)品的出口??低速扭矩可以達(dá)到300N·m以上,有的甚至高達(dá)600 N·m的(如德國(guó)CYTEC),而國(guó)內(nèi)目前超過100N更多·m以下。 段落降重 142 ?? 2)高速,電主軸轉(zhuǎn)速對(duì)外加工中心已達(dá)到75000r /分(意大利CAMFIOR),而中國(guó)更是在20000r / min以下。主軸的其它用途,國(guó)外已達(dá)到250000r /分鐘(英國(guó)西風(fēng)公司D1733),和主軸的最高轉(zhuǎn)速為150000r /分。 段落降重 143 ?? 3)主軸潤(rùn)滑,國(guó)外高速主軸軸承已被廣泛采用先進(jìn)的油潤(rùn)滑,而中國(guó)仍是占主導(dǎo)地位的油脂和油霧潤(rùn)滑。 段落降重 144 ?? 4)功能和性能的主軸,國(guó)外已開發(fā)出多功能,高性能電機(jī)主軸數(shù)控機(jī)床產(chǎn)品,而中國(guó)還處于傳統(tǒng)的產(chǎn)品為主要發(fā)展方向。 段落降重 145 ?? 5)電主軸軸承的技術(shù),國(guó)外有動(dòng),靜液(氣)浮軸承電主軸(IBAG瑞士等),磁懸浮軸承電主軸的成熟產(chǎn)品(瑞士IBAG),在我國(guó)尚處于科學(xué)研究或小批量試制之中。 段落降重 146 ?? 6)在其他相關(guān)的技術(shù)和電主軸領(lǐng)域,如內(nèi)置的電動(dòng)馬達(dá)主軸閉環(huán)矢量控制技術(shù),交流伺服技術(shù),到準(zhǔn)確的角度定位(準(zhǔn)確定位)技術(shù),C軸驅(qū)動(dòng)技術(shù),快速啟動(dòng)和停止技術(shù),HSK刀柄的制造和應(yīng)用技術(shù),主軸智能監(jiān)控技術(shù),國(guó)內(nèi)還不夠成熟,還是不能滿足實(shí)際需要。 段落降重 147 ?? 7)在品種,數(shù)量和規(guī)模制造的產(chǎn)品,即使國(guó)內(nèi)有一些企業(yè)從事研發(fā)和制造電主軸,但仍主電機(jī)主軸磨床,數(shù)控機(jī)床高速主軸,它仍然在研發(fā)階段的小金額,遠(yuǎn)離了一系列化,專業(yè)化,大批量生產(chǎn),但也不能與國(guó)外先進(jìn)水平相比,不能滿足國(guó)內(nèi)市場(chǎng)日益增長(zhǎng)的需求,它不具備的能力與國(guó)外產(chǎn)品競(jìng)爭(zhēng)。 段落降重 148 ?? 為本次設(shè)計(jì)采用的是電主軸公司洛陽軸承研究所基于IBAG電主軸系統(tǒng)的主軸,在中國(guó)制造的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的,會(huì)更便宜,基本上是說同樣的性能。 段落降重 149 ?? 在并聯(lián)機(jī)器人設(shè)計(jì),主軸設(shè)計(jì)與應(yīng)用單臺(tái)電動(dòng)機(jī)和一個(gè)滾珠軸承的身體也越來越廣泛。 150 ?? 所選擇的設(shè)計(jì)是滾動(dòng)軸承主軸,其價(jià)格相對(duì)低廉,易于維護(hù),是并聯(lián)機(jī)器人設(shè)計(jì)選擇主軸組件。 151 ?? 表1 電主軸參數(shù) 152 ?? 主軸型號(hào) 轉(zhuǎn)速 電機(jī) 153 ?? KWS1 V . A HZ 變頻器 安裝尺寸 154 ?? 112XD30 30000 1.5 220 5.8 500 3.7 70*200 112*346 155 ?? 表2 電主軸結(jié)構(gòu)聯(lián)結(jié) 156 ?? 定位 潤(rùn)滑 冷卻 軸承 軸端連接 用 途 157 ?? 外徑法蘭 油脂 水 4-B7005C/P4 ER16 高速型腔數(shù)控銑 158 ?? 主軸受力分析圖 159 ?? 3.1.2刀具夾緊結(jié)構(gòu) 160 ?? 刀具夾緊結(jié)構(gòu)的機(jī)床,刀具夾持結(jié)構(gòu),包括:一個(gè)中空主軸工具可插入其中,所述具有至少一個(gè)軸向細(xì)長(zhǎng)孔的細(xì)長(zhǎng)軸;一個(gè)設(shè)置在該主軸桿,該桿在第一方向和一第二軸向移動(dòng),由此分別釋放和卡住的工具;偏置構(gòu)件被設(shè)置在所述主軸,其可以偏壓所述桿在所述第二方向上;一個(gè)可轉(zhuǎn)動(dòng)地支撐所述主軸頭架;周圍的驅(qū)動(dòng)主軸套一環(huán);在頭架推桿,其驅(qū)動(dòng)所述驅(qū)動(dòng)環(huán)在一個(gè)設(shè)置所述第一方向;一桿和所述連接銷連接所述驅(qū)動(dòng)環(huán),所述通過所述桿連接銷穿過所述長(zhǎng)孔和所述驅(qū)動(dòng)環(huán),所述的接觸表面驅(qū)動(dòng)環(huán),所述推桿靠在所述表面上,所述接觸表面被布置在所述在前面的第一方向所述連接銷。 段落降重 161 ?? 3.2桿件和鉸鏈設(shè)計(jì) 162 ?? 并聯(lián)機(jī)構(gòu)是由桿,鉸鏈,固定平臺(tái)和由四部分組成的移動(dòng)平臺(tái)。因此,桿和鉸鏈的設(shè)計(jì)是,實(shí)現(xiàn)了機(jī)器人平行主要機(jī)械部件的所需的運(yùn)動(dòng),對(duì)機(jī)器的工作精度和剛度有很大的影響。 段落降重 163 ?? 3.2.1桿件設(shè)計(jì) 164 ?? (1)桿分類 165 ?? 桿部件是平行移動(dòng)輸入機(jī)構(gòu)。但從運(yùn)動(dòng)學(xué)點(diǎn)的角度看,它是一剛性體具有長(zhǎng)度。變化(主軸組件或表)棒長(zhǎng)度和速度,加速度,位置和姿勢(shì)。杠桿構(gòu)件的物理結(jié)構(gòu)可包括機(jī)械,電氣設(shè)備,液壓元件,以及它們的組合。棒桿的長(zhǎng)度可分為固定的和可變長(zhǎng)度棒分為兩類。并聯(lián)機(jī)器人,伸縮桿通過一個(gè)滾珠絲杠,或由一個(gè)線性馬達(dá)驅(qū)動(dòng)桿的是目前最廣泛使用的兩個(gè)桿。 段落降重 166 ?? (2) 伸縮桿 167 ?? 伸縮桿是 以滾珠絲桿傳動(dòng)為基礎(chǔ)組成的可伸縮(可變桿長(zhǎng))的桿件。 段落降重 168 ?? 圖3伸縮桿 169 ?? 如圖3所示,有四列球的通過雙向錐形軸承滾珠螺桿固定到右側(cè),滾珠螺母固定地與所述延長(zhǎng)管相連接。由于伸縮管軸向?qū)虿鄣耐獗砻?當(dāng)螺桿轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí),螺母只能驅(qū)動(dòng)起重臂線性移動(dòng)。這裝進(jìn)旋轉(zhuǎn)滾珠絲杠的兩個(gè)套筒的相對(duì)運(yùn)動(dòng),形成一個(gè)可伸縮的桿。 段落降重 170 ?? 3.2.2鉸鏈設(shè)計(jì) 171 ?? (1)的鉸鏈被連接到所述桿構(gòu)件和所述移動(dòng)平臺(tái),其功能是提供圍繞中心的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng),并傳遞到實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)所需的力。為了這個(gè)目的,鉸鏈應(yīng)具有三個(gè)旋轉(zhuǎn)自由度,而在所有旋轉(zhuǎn)位置,旋轉(zhuǎn)軸可在同一中心點(diǎn)鉸。 段落降重 172 ?? (2)空間樞接并聯(lián)機(jī)構(gòu)是活動(dòng)的,它具有對(duì)工作精度并聯(lián)機(jī)器人,高制造精度有很大的影響。 段落降重 173 ?? 圖4球鉸鏈 174 ?? 如圖4所示,球鉸鏈核心部分是用螺栓,外表面覆蓋有小球,然后將在鉸鏈座2半球形,與紙張導(dǎo)向環(huán)保持均勻地分布在球的援助的球體。然后囚禁在球體球蓋螺栓,球頭,以保證密封。球形帽連接外螺紋桿件。在一個(gè)球形帽具有中心孔定心。球窩接頭具有三個(gè)旋轉(zhuǎn)自由度,20度或30度角,使用的油脂。球鉸鏈最大負(fù)載能力取決于球尺寸和負(fù)載的鉸鏈的方向。我選擇了F-232956球鉸鏈,3500N的最大壓力負(fù)荷,3000N的拉伸載荷,無關(guān)的偏轉(zhuǎn)角。 段落降重 175 ?? 優(yōu)點(diǎn)(3)球球鉸鏈和較為明顯的萬向節(jié),因而得到廣泛應(yīng)用。桿和鉸鏈設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)化,系列化,模塊化將有助于促進(jìn)普及和應(yīng)用并行。機(jī)器制造商和用戶可以加強(qiáng)合作,專注于整體方案設(shè)計(jì)。 段落降重 176 ?? 3.3伺服電機(jī)的選用 177 ?? 桿件的位移是并聯(lián)機(jī)器人的輸入。通過伸縮桿內(nèi)的滾珠絲桿將伺服電動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換成為套管的伸縮位移。 段落降重 178 ?? 3.3.1直流伺服電機(jī)的選擇與計(jì)算 179 ?? A 為了實(shí)現(xiàn)電機(jī)轉(zhuǎn)數(shù)的靈活性和伸縮桿的靈活性,所以本設(shè)計(jì)旋轉(zhuǎn)部分選用直流伺服電動(dòng)機(jī)型號(hào)為90sc, 額定功率6kw 額定轉(zhuǎn)矩 29.4N .m 最大轉(zhuǎn)矩 147N.m 額定轉(zhuǎn)速2000 段落降重 180 ?? B 電機(jī)選型方法 181 ?? 圖5 伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)的移動(dòng)負(fù)載傳動(dòng)圖 182 ?? (1) 183 ?? 位置反饋脈沖的分頻比 184 ?? 1/N: N=1、2、3、…32 185 ?? 2/N: N=2、3、…32 186 ?? (2) 指令脈沖頻率數(shù) 187 ?? (3) 指令脈沖階躍輸入時(shí) 188 ?? ·速度控制的起動(dòng)時(shí)間 189 ?? (3.1) 190 ?? ·位置環(huán)增益 191 ?? ·偏差計(jì)數(shù)積累的脈沖數(shù) 192 ?? ·停止精度 193 ?? ·轉(zhuǎn)矩的有效值 194 ?? (3.2) 195 ?? 圖6 伺服電機(jī)轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩與動(dòng)作時(shí)間的關(guān)系圖(指令脈沖階躍輸入時(shí)) 196 ?? (4)指令脈沖斜坡輸入時(shí) 197 ?? ·速度控制的起動(dòng)時(shí)間 198 ?? ·偏差計(jì)數(shù)積累的脈沖數(shù) 199 ?? ·停止精度 200 ?? 脈沖以上 201 ?? ·轉(zhuǎn)矩的實(shí)效值 202 ?? (3.3) 203 ?? 式中 204 ?? A — 位置檢測(cè)單位 mm 205 ?? — 指令脈沖頻率數(shù) 1/s 206 ?? n — 脈沖發(fā)生器光柵條數(shù) 1/r 207 ?? — 電機(jī)的 208 ?? — 負(fù)載 (折算到電機(jī)軸上) 209 ?? — 伺服電機(jī)起動(dòng)最大轉(zhuǎn)矩 210 ?? — 負(fù)載轉(zhuǎn)矩 (折算到電機(jī)軸上) 211 ?? P — 送進(jìn)絲杠導(dǎo)程 mm/r 212 ?? R — 減速比 213 ?? — 可運(yùn)動(dòng)部分速度 mm/min 214 ?? — 電機(jī)額定轉(zhuǎn)速 r/min 215 ?? — 速度控制起動(dòng)時(shí)間 s 216 ?? — 脈沖分配時(shí)間 s 217 ?? — 調(diào)整時(shí)間 s 218 ?? — 1周期時(shí)間 s 219 ?? — 偏差計(jì)數(shù)積累脈沖數(shù) 220 ?? — 停止精度脈沖 221 ?? — 實(shí)效轉(zhuǎn)矩 222 ?? 圖7 伺服電機(jī)轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩與動(dòng)作時(shí)間的關(guān)系圖(指令脈沖斜坡輸入時(shí)) 223 ?? 3.3.2直流伺服電機(jī)的控制 224 ?? DC伺服電動(dòng)機(jī)的控制方法主要有兩種:一種是電樞電壓控制,即在定子磁場(chǎng)不變,在整個(gè)??電樞繞組通過控制應(yīng)用程序來控制電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速和輸出轉(zhuǎn)矩電壓信號(hào);另一個(gè)令人興奮的字段被控制,即,通過改變勵(lì)磁電流的大小,以改變定子的磁場(chǎng)強(qiáng)度,由此控制電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速和輸出扭矩。 段落降重 225 ?? 當(dāng)使用電樞電壓控制,由于定子磁場(chǎng)保持不變,其電樞電流可達(dá)到額定輸出扭矩對(duì)應(yīng)的評(píng)分也可以實(shí)現(xiàn),因此在這種方式也被稱為恒轉(zhuǎn)矩速度模式。如果采用激勵(lì)場(chǎng)控制,由于電動(dòng)機(jī)是在磁場(chǎng)接近飽和的額定條件下運(yùn)行。因此,電動(dòng)機(jī)速度只能通過弱化磁場(chǎng)方法來改變。由于電樞電流不能超過額定值,從而與磁場(chǎng),電動(dòng)機(jī)速度增加,但輸出轉(zhuǎn)矩降低的減弱,輸出功率保持恒定,所以這種方法也被稱為恒功率速度模式。 段落降重 226 ?? 機(jī)電伺服系統(tǒng)通常永久磁鐵的直流伺服電機(jī),它只能使用電樞電壓控制模式的恒轉(zhuǎn)矩速度特性,其也需要相一致的伺服系統(tǒng)負(fù)載特性。 227 ?? 第4章 絲桿的計(jì)算與校核 228 ?? 滾珠絲杠螺母:具有螺旋狀的槽的滾珠絲杠螺母嵌合作為中間傳動(dòng)部件,以減少摩擦之間。當(dāng)沿螺旋槽滾珠螺桿和螺母的相對(duì)運(yùn)動(dòng)向前滾動(dòng),滾過后上導(dǎo)螺桿幾圈通過返回導(dǎo)向裝置,單獨(dú)地和回滾螺釘和螺母之間,并形成一個(gè)封閉的環(huán)。 229 ?? 球特點(diǎn): 230 ?? (1)高效率傳輸效率高達(dá)90%至95%的能耗僅為滑動(dòng)絲杠的1/3 231 ?? (2)移動(dòng)或者雙向旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為直線運(yùn)動(dòng),同時(shí)也是直線運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)樾D(zhuǎn)運(yùn)動(dòng),以及逆?zhèn)鬟f效率幾乎是相同的常規(guī)的傳輸效率。 段落降重 232 ?? (3)通過給示范預(yù)先加載螺母獲取系統(tǒng)的一個(gè)更高的剛度,以滿足各種機(jī)械傳動(dòng)的要求的系統(tǒng),剛度,沒有蠕變現(xiàn)象,始終保持穩(wěn)定的運(yùn)動(dòng)的靈敏度。 233 ?? 高精度淬火和螺紋磨削滾珠絲杠本身軋后(4)傳輸具有較高的制造精度,而且還因小摩擦,滾珠絲杠的工作,當(dāng)溫度升高和熱變形小,容易獲得更多的傳動(dòng)精度高。 段落降重 234 ?? (5)壽命長(zhǎng)是硬化的球滾道的滾動(dòng)運(yùn)動(dòng),最小的磨損,保持其精度在長(zhǎng)時(shí)間使用后,因而使用壽命長(zhǎng),可靠性高。其壽命通常比滑動(dòng)絲杠5至6倍。 段落降重 235 ?? (6)不能自鎖螺絲垂直安裝特別是,當(dāng)運(yùn)動(dòng)停止時(shí),螺母將落入在重力作用下,使常需要設(shè)置制動(dòng)。 段落降重 236 ?? (7)滾珠絲杠和螺母的工作復(fù)雜零件的加工精度,表面粗糙度,制造成本高。 段落降重 237 ?? 其優(yōu)點(diǎn)是: 238 ?? 摩擦,傳動(dòng)效率高,η高達(dá)0.92-0.96的1)系數(shù)低,要求的傳輸扭矩小。 段落降重 239 ?? 高2)敏感性,傳動(dòng)平穩(wěn),易產(chǎn)生爬行,跟蹤精度高,定位準(zhǔn)確。 段落降重 240 ?? 3)耐磨損,使用壽命長(zhǎng),精度保持性好。 段落降重 241 ?? 4)間隙可以通過擰緊和措施,提高軸向剛度和扭轉(zhuǎn)精度被消除。 242 ?? 5)運(yùn)動(dòng)是可逆的,不僅是旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。 243 ?? 由于滾珠絲杠副遭受很高的評(píng)價(jià),這已經(jīng)成為一個(gè)數(shù)控機(jī)床,精密機(jī)械的獨(dú)特性能,各種省力機(jī)械設(shè)備和各種機(jī)電一體化產(chǎn)品不可缺少的傳動(dòng)裝置。 段落降重 244 ?? 4.1 參數(shù)擬訂 245 ?? 已知平均工作載荷Fm=1000N,絲杠工作長(zhǎng)度150mm,平均轉(zhuǎn)速nm=187.5r/min,最大轉(zhuǎn)速nmax=1000r/min,使用壽命左右,絲杠材料為CrWMn鋼,滾道硬度為58~62HRC,傳動(dòng)精度要求 段落降重 246 ?? (1)求計(jì)算載荷: 247 ?? 由題中條件,查表2-6取KF=1.2,查表2-7取K1-1=1.0,查表2-4取D級(jí)精度,查表2-8取KA=1.0。 段落降重 248 ?? (2)計(jì)算額定動(dòng)載荷計(jì)算值 249 ?? (3)根據(jù)選擇滾珠絲杠 250 ?? 根據(jù)額定動(dòng)載荷選擇滾珠絲杠副,假設(shè)選用FC1型號(hào),按滾珠絲杠副的額定動(dòng)載荷等于或稍大于的原則,查表2~9選以下型號(hào)的規(guī)格: 段落降重 251 ?? 由表2-9得絲杠副數(shù)據(jù),公稱直徑 D0=40mm 導(dǎo)程 P=6mm 螺旋角λ= 滾珠直徑d0=3.969mm 段落降重 252 ?? 按表2-1中尺寸公式計(jì)算 253 ?? 滾道半徑: 254 ?? 偏心距 : 255 ?? 絲杠內(nèi)徑: 256 ?? 4.2 穩(wěn)定性驗(yàn)算 257 ?? 滾珠絲杠副受D0n值的限制,通常要求D0n<7×104 mm 258 ?? ,所以該絲杠副工作穩(wěn)定。 259 ?? 4.3 剛度驗(yàn)算 260 ?? 滾珠絲杠在工作負(fù)載和轉(zhuǎn)矩共同作用下引起每個(gè)導(dǎo)程的變形量(m)為 261 ?? (4.1) 262 ?? 式中,A為絲杠截面積,,Jc為絲杠的極慣性矩,,G為絲杠切變模量,對(duì)鋼為轉(zhuǎn)矩,,式中,ρ為摩擦角,其正切函數(shù)值為摩擦系數(shù),Fm為平均工作負(fù)載,本題取摩擦系數(shù)為,則得。 段落降重 263 ?? 按最不利的情況取(其中F=Fm) 264 ?? 則絲杠在工作長(zhǎng)度上的彈性變形所引起的導(dǎo)程誤差為 265 ?? 通常要求絲杠的導(dǎo)程誤差應(yīng)小于起傳動(dòng)精度的1/2 266 ?? 該絲杠的滿足上式,所以其剛度滿足要求。 段落降重 267 ?? 4.4 效率驗(yàn)算 268 ?? 滾珠絲杠副的傳動(dòng)效率η為 269 ?? 要求在90%~95%之間,所以該絲杠副合格。 段落降重 270 ?? 經(jīng)上述計(jì)算驗(yàn)證,各項(xiàng)性能均符合題目要求,可選用。 段落降重 271 ?? 第5章 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 272 ?? 5.1電路布線方案 273 ?? 實(shí)驗(yàn)臺(tái)電源配置380V三相交流電,在裝配圖中,按照電主軸及并聯(lián)機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)電機(jī)電源入口,在機(jī)架立柱上預(yù)留了一個(gè)50mm的電源孔,四周有安裝配電箱螺釘?shù)目?。主電源線由地面,上連到配電箱,電源線外側(cè)套有絕緣蛇皮管。 段落降重 274 ?? 電主軸和并聯(lián)機(jī)構(gòu)的配電,經(jīng)過配電箱的電源線,經(jīng)立柱內(nèi)側(cè)分配到各個(gè)電源接口。 段落降重 275 ?? 電主軸在二章中已經(jīng)選出,實(shí)驗(yàn)臺(tái)裝配時(shí),將電主軸用螺栓固定于動(dòng)平臺(tái)上。則主軸位于動(dòng)平臺(tái)中央,連接電源線須從立柱上端引出線,從實(shí)驗(yàn)臺(tái)頂蓋向下連入電主軸。 段落降重 276 ?? 并聯(lián)機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)電機(jī)的電源入口,就在絲杠套筒的端口,所以和電主軸一樣,電源從立柱上端引出。 段落降重 277 ?? 5.2電路控制要求 278 ?? 并聯(lián)機(jī)構(gòu)在此不予考慮,那么電主軸的控制相對(duì)于并聯(lián)部分就簡(jiǎn)單的多,只需用繼電器控制電主軸的正反轉(zhuǎn)、加減速的簡(jiǎn)單動(dòng)作。 段落降重 279 ?? 5.3電路控制連線原理圖 280 ?? 左半部分是主軸正反轉(zhuǎn)控制;右邊部分是主軸加減速、制動(dòng)控制。 段落降重 281 ?? 5.4 并聯(lián)機(jī)器人控制總成 282 ?? 由于并聯(lián)機(jī)床結(jié)構(gòu)多樣化特點(diǎn),對(duì)其控制系統(tǒng)要求具有開放式結(jié)構(gòu),本課 283 ?? 題基于6軸并聯(lián)機(jī)器人機(jī)械結(jié)構(gòu),在實(shí)現(xiàn)對(duì)其控制時(shí),采用PC機(jī)+運(yùn)動(dòng)控 284 ?? 制卡的形式。 285 ?? 圖2.1 6軸并聯(lián)機(jī)器人控制總流程 286 ?? 6軸并聯(lián)機(jī)器人數(shù)控系統(tǒng)硬件部分由計(jì)算機(jī)、運(yùn)動(dòng)控制卡、驅(qū)動(dòng)器、步 287 ?? 進(jìn)電機(jī)、滾珠絲杠副、變頻器和電主軸等組成,如圖2.1所示。計(jì)算機(jī)通過編 288 ?? 譯、轉(zhuǎn)換加工程序代碼向運(yùn)動(dòng)控制卡發(fā)送運(yùn)動(dòng)控制指令,運(yùn)動(dòng)控制卡將指令分 289 ?? 配發(fā)送到各驅(qū)動(dòng)分支上的步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器,控制步進(jìn)電機(jī)運(yùn)動(dòng),從而帶動(dòng)滾珠 290 ?? 絲杠進(jìn)行伸縮運(yùn)動(dòng),實(shí)現(xiàn)主軸部件在工作空間的6自由度運(yùn)動(dòng)。 291 ?? 工業(yè)PC機(jī)發(fā)送的主軸控制指令直接通過運(yùn)動(dòng)控制卡發(fā)送給變頻器,由變 292 ?? 頻器控制電主軸執(zhí)行正反轉(zhuǎn)、升速降速等動(dòng)作。末端執(zhí)行部分將變頻電機(jī)與機(jī) 293 ?? 床主軸相結(jié)合。簡(jiǎn)化主軸結(jié)構(gòu),減輕主軸重量,提高了動(dòng)平臺(tái)的進(jìn)給速度和加 294 ?? 速度。 295 ?? 。 296 ?? 針對(duì)并聯(lián)機(jī)床要求系統(tǒng)具有開放式結(jié)構(gòu)。對(duì)該機(jī)床進(jìn)行系統(tǒng)開發(fā)以 297 ?? Windows XP為平臺(tái),Visual C++6.0作為開發(fā)工具,基于6軸并聯(lián)機(jī)器人結(jié) 298 ?? 構(gòu)特點(diǎn)和加工時(shí)的要求,對(duì)該數(shù)控系統(tǒng)進(jìn)行開發(fā)研制。 299 ?? Windows操作系統(tǒng)提供了各種各樣的函數(shù),方便我們開發(fā)應(yīng)用程序。這些 300 ?? 函數(shù)由操作系統(tǒng)提供給應(yīng)用程序接口,即API函數(shù)。Windows提供了1000多 301 ?? 種的API函數(shù),大大方便了應(yīng)用程序的開發(fā)‘50】【1”。 302 ?? VC++6.0是一款功能極為強(qiáng)大的開發(fā)軟件。其開發(fā)環(huán)境提供了多種應(yīng)用程 303 ?? 序框架,使編程者免去了大量的重復(fù)性編碼工作。許多必須的代碼由開發(fā)環(huán)境 304 ?? 自動(dòng)生成。編程者只需編寫少量的代碼,即可完成復(fù)雜的應(yīng)用程序開發(fā)。其 305 ?? MFC(Microsoft Foundation Class,微軟基礎(chǔ)類庫(kù))是一套C++類的集合,是一 306 ?? 套面向?qū)ο蟮暮瘮?shù)庫(kù),以類的方式提供給用戶使用,大大提高了編程的效率與 307 ?? 程序的維護(hù)ll 5‘。 308 ?? 本機(jī)床控制系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)控制核心采用研華的PCI.1750,能進(jìn)行中斷處理, 309 ?? 支持干接點(diǎn)或5-48V支流輸入,隔離輸出通道高匯點(diǎn)電流(200mA/每通道), 310 ?? 隔離通道高電壓隔離(2500V),16路隔離DI和16路隔離DO通道。PCI.1750 311 ?? 每個(gè)I/O通道對(duì)應(yīng)PCI/O端口的一位。這使得對(duì)PCI.1750編程非常方便。該 312 ?? 卡還提供了一個(gè)計(jì)數(shù)器或定時(shí)器中斷,以及兩個(gè)數(shù)字量輸入中斷。用戶可以方 313 ?? 13 314 ?? 針對(duì)6軸并聯(lián)機(jī)器人機(jī)加工要求,對(duì)其控制系統(tǒng)開發(fā)主要針對(duì)以下幾 315 ?? 個(gè)方面: 316 ?? 1.人機(jī)交互,實(shí)現(xiàn)人與計(jì)算機(jī)的交流。 317 ?? 2.數(shù)控代碼處理功能。實(shí)現(xiàn)NC代碼的編制。編譯NC代碼,根據(jù)機(jī)加工 318 ?? 要求,轉(zhuǎn)化成各桿件脈沖數(shù),實(shí)現(xiàn)對(duì)桿件的伸縮控制。 319 ?? 3.加工控制。機(jī)床加工過程控制。速度與加速度控制。電主軸控制。主軸 320 ?? 機(jī)床的啟動(dòng)、暫停與停止。 321 ?? 4.機(jī)床初始狀態(tài)設(shè)置。能夠通過控制桿件伸縮對(duì)機(jī)床初始值進(jìn)行設(shè)定。 322 ?? 5.加工模擬。根據(jù)NC代碼,模擬加工軌跡。實(shí)現(xiàn)對(duì)加工狀態(tài)的模擬。給 323 ?? 出主軸的運(yùn)動(dòng)軌跡。 324 ?? 結(jié) 論 325 ?? 通過本文可以歸納為以下主要結(jié)論以上部分的綜合分析: 326 ?? 存在于剛度重量比1.傳統(tǒng)機(jī)串聯(lián)排列小于所述機(jī)器資源和需要產(chǎn)生新的技術(shù)變化的當(dāng)今時(shí)代的環(huán)境條件。并聯(lián)結(jié)構(gòu)并聯(lián)機(jī)器人可以彌補(bǔ)傳統(tǒng)機(jī)系列結(jié)構(gòu)帶來很多問題。 段落降重 327 ?? 2.雖然并聯(lián)機(jī)器人仍面臨許多技術(shù)問題需要解決,但作為新一代并聯(lián)機(jī)器人機(jī)的代表,仍具有良好的發(fā)展前景。 段落降重 328 ?? 3.在一般情況下,目前的并聯(lián)機(jī)器人的主要