目前，并聯機床已由樣機研發(fā)階段逐漸向實用化和產業(yè)化過渡，出現了眾多結構形式各異的并聯機床，并在一些領域得到了應用。然而，隨著人們對并聯機床的認識越來越深入，并聯機床相關技術的研究和開發(fā)工作的步伐逐漸趨于平緩。限制并聯機床實用化和產業(yè)化的原因眾多，如理論研究與實際應用相脫節(jié)，或現有工藝水平及加工能力還無法滿足要求，或結構本身就存在"先天"缺陷等。從結構本身的"先天"缺陷方面看，較小的工作空間、有限的姿態(tài)能力和大量的奇異位形是并聯機床的主要缺點。有效的解決方法是引入驅動冗余。雖然并聯機床采用驅動冗余方式具有這些優(yōu)點，但也增加了其理論研究和實際控制的難度。驅動冗余并聯機床的控制復雜，需要對內力實時分配，并且不能采用傳統(tǒng)的單支鏈回零方法。冗余并聯機床的高速高精度穩(wěn)定控制是一項具有挑戰(zhàn)性的課題。為了獲得較高的運動品質，必須研究適合于驅動冗余并聯機床的運動學和動力學參數辨識方法以及控制技術等，推動并聯機床的實用化進程。因此，本書以作者近年來在并聯機床的優(yōu)化設計、動態(tài)特性分析及運動控制方面的研究成果為基礎，系統(tǒng)論述冗余并聯機床的性能分析、參數辨識及控制方法。
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目錄
《21世紀先進制造技術叢書》序
前言
第1章 緒論 1
1.1 并聯機床的應用發(fā)展 1
1.2 并聯機床動力學及控制研究狀況 6
1.2.1 冗余機床動力學優(yōu)化方法 6
1.2.2 冗余機床動力學參數辨識方法 7
1.2.3 并聯機床的控制 8
1.3 本書的主要內容 10
參考文獻 12
第2章 驅動冗余并聯機床的性能分析 17
2.1 引言 17
2.2 運動學分析 17
2.3 冗余機床工作空間 21
2.3.1 位置工作空間 21
2.3.2 姿態(tài)工作空間 23
2.4 靈巧度分析 25
2.5 奇異性 26
2.5.1 微分運動分析 26
2.5.2 奇異位形分析方法 27
2.5.3 驅動冗余對正運動學奇異位形的影響 28
2.5.4 驅動冗余并聯機床奇異性 29
2.6 剛性分析 32
2.6.1 力雅可比矩陣 32
2.6.2 剛度評價指標 33
2.6.3 驅動冗余對機構剛度的影響 36
2.6.4 驅動冗余并聯機床剛度性能 36
參考文獻 39
第3章 驅動冗余并聯機床的運動學標定 41
3.1 引言 41
3.2 運動學標定原理 41
3.3 辨識方程 43
3.3.1 辨識方程的簡化 43
3.3.2 最少參數線性組合的誤差建模方法 44
3.3.3 驅動冗余并聯機床外部標定的誤差建模 47
3.4 測量 52
3.4.1 最少參數線性組合的測量方案設計方法 53
3.4.2 驅動冗余并聯機床外部標定的測量方案設計 55
3.5 誤差補償 60
3.5.1 最少參數線性組合的分步誤差補償方法 60
3.5.2 驅動冗余并聯機床外部標定的誤差補償 61
參考文獻 64
第4章 驅動冗余并聯機床的靜剛度建模與實驗 67
4.1 引言 67
4.2 剛度建模 67
4.2.1 坐標變換 68
4.2.2 滾動直線導軌滑臺系統(tǒng)剛度模型 69
4.2.3 整機剛度模型 73
4.3 驅動冗余及非冗余并聯機床剛度模型 74
4.3.1 驅動冗余并聯機床整機剛度 74
4.3.2 非冗余并聯機床整機剛度 77
4.3.3 驅動冗余并聯機床和非冗余并聯機床剛度比較 79
4.4 基于ABAQUS 的剛度分析 81
4.5 機床部件對整機剛度的影響 85
4.5.1 曲柄厚度對整機剛度的影響 85
4.5.2 護板截面參數對整機剛度的影響 86
4.5.3 連桿結構對整機剛度的影響 89
4.5.4 軸承徑向剛度及絲杠剛度對整機剛度的影響 90
4.6 剛度實驗 93
4.6.1 實驗原理及結果 93
4.6.2 剛度實驗結果分析 95
參考文獻 98
第5章 驅動冗余并聯機床的逆動力學 100
5.1 引言 100
5.2 基于虛功原理的剛體動力學建模方法 100
5.2.1 偏速度矩陣和偏角速度矩陣 101
5.2.2 剛體上作用力等效規(guī)則 102
5.2.3 動力學模型 103
5.3 驅動冗余并聯機床剛體動力學模型 104
5.3.1 運動部件偏速度矩陣和偏角速度矩陣 104
5.3.2 加速度分析 105
5.3.3 驅動冗余并聯機床動力學模型 106
5.3.4 驅動力優(yōu)化 108
5.4 動力學操作度 113
5.4.1 動力學操作度評價指標 113
5.4.2 驅動冗余并聯機床動力學操作度 114
5.5 考慮桿件變形的動力學建模方法 115
5.5.1 連桿質心加速度分析 116
5.5.2 機構受力分析 117
5.5.3 驅動力優(yōu)化 119
5.5.4 數值仿真 120
參考文獻 124
第6章 驅動冗余并聯機床的動力學參數辨識 127
6.1 引言 127
6.2 面向動力學參數辨識應用的動力學模型 127
6.2.1 基本動力學參數 127
6.2.2 線性化形式動力學模型 128
6.3 動力學參數辨識原理 130
6.4 兩步辨識法 133
6.4.1 基本原理 133
6.4.2 激勵軌跡優(yōu)化的評價指標 133
6.4.3 慣性力有關的動力學參數辨識 134
6.4.4 摩擦力系數辨識 136
6.5 動力學參數辨識實驗研究 136
6.5.1 辨識實驗 136
6.5.2 驗證實驗 138
參考文獻 139
第7章 驅動冗余并聯機床的回零方法 141
7.1 引言 141
7.2 機床回零原理 142
7.3 驅動冗余并聯機床回零 144
7.3.1 機床位形對回零的影響 144
7.3.2 回零策略 145
7.3.3 回零實驗 149
參考文獻 150
第8章 驅動冗余并聯機床的控制 152
8.1 引言 152
8.2 驅動冗余并聯機床位置-力控制 152
8.2.1 位置控制 152
8.2.2 位置-力控制 155
8.2.3 位置環(huán)控制器設計 157
8.3 驅動冗余并聯機床位置-力交換控制 161
8.3.1 位置-力控制缺點 161
8.3.2 位置-力交換控制 161
8.3.3 位置補償 163
8.4 驅動冗余并聯機床動力學差分預測控制 166
8.5 控制策略實驗研究 167
8.5.1 控制系統(tǒng)硬件組成 167
8.5.2 控制系統(tǒng)軟件結構 170
8.5.3 動力學差分預測控制實驗 174
8.6 驅動冗余并聯機床性能評價 175
8.6.1 輪廓誤差實驗 175
8.6.2 位置精度實驗 178
8.6.3 切削實驗 180
參考文獻 182
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