3RPS并联机构的运动学误差建模及其分析

为了提高XYZ-3RPS六轴卧式混联机床的运动学精度,建立了3RPS并联机构的运动学参数误差模型。首先对3RPS并联机构的几何误差源进行了分析。然后基于闭环矢量微分法建立了3RPS并联机构包含铰点位置误差、转动副轴线方向误差、驱动支链零位杆长误差等27项结构参数误差对末端位姿误差的映射模型。最后设计了仿真实验,利用ADAMS的虚拟样机技术,获取机构实际末端位姿误差。通过与误差模型的结果对比,验证了所分析的27项结构参数误差设定值在(0.1~0.2)mm的范围内,误差模型的位置误差求解精度大于0.01mm,姿态误差求解精度大于0.01°。进一步的数值验证表明,误差模型的精度会随着结构参数误差值的减小而显著提高,为3RPS等少自由度并联机构的误差建模和运动学标定提供理论依据。

基于视觉的并联机床位姿测量研究

为准确测量并联机床的位姿,提高并联机床的运动精度,提出一种基于视觉的位姿测量方法用于并联机构的末端位姿检测。采用Femto深度相机作为测量设备搭建测量平台,并用棋盘格标定板和MATLAB对相机进行标定;将标靶置于动平台进行位姿采集,利用点云库对采集后的数据进行过滤和提取;最后,将计算出的实际位姿与输入位姿进行实验比较。结果表明:X、Y、Z轴的最大误差分别为0.071、0.047、0.394 mm,绕X、Y、Z轴旋转的最大误差分别为0.09°、0.09°、0.14°,满足精度要求,证明了此方法的有效性。此方法操作高效便捷、成本低廉,在保证高检测精度的同时,可为位姿测量和后续标定实验提供新思路。

基于NSGA-Ⅱ的串联机器人几何参数公差的多目标优化分配

为了提高机器人末端执行器的几何定位精度,在机器人精度的初始设计阶段合理分配几何参数公差,提出了一种带精英策略的快速非支配排序遗传算法(NSGA-Ⅱ)的以成本与精度为目标的多目标公差优化分配方法.以ROKAE XB7型6自由度串联机器人为研究对象,分别基于遗传算法(GA)的最小成本单目标公差优化分配方法和NSGA-Ⅱ的多目标公差优化分配方法对DH(Denavit-Hartenberg)参数的公差优化分配.在精度设计目标和遗传算法参数设置相同的情况下,与基于遗传算法的最小成本的几何参数公差优化分配相比,基于NSGA-Ⅱ的多目标公差优化分配能够给出不同制造成本和不同精度设计要求的一系列最优解,在得到同等制造成本和机器人精度的情况下,公差的容错松弛率相对较高,参数公差优化分配的结果更优.

应用于轴孔零件装配的静压气浮工装设计

为降低轴孔零件装配摩擦、提高装配定位精度,通过研究气浮工装的气体流量数学模型,借助仿真手段分析不同节流孔直径及气膜厚度对气浮工装的工作稳定性、承载力、静态气体质量流量的影响。根据研究结论设计一种气浮工装,并根据实验验证了气浮工装能有效提高轴孔零件的装配定位精度。研究表明:当节流孔直径为0.5 mm、气膜厚度为20μm时,气浮工装具有良好的承载能力和工作稳定性。

接触式钢卷中心位置检测技术误差分析与补偿

热轧钢卷生产中,需要检测到钢卷的中心位置,以便于钢卷打捆、喷码等工序的正常进行,由于热轧钢卷的生产环境恶劣,通常采用接触式测量技术检测钢卷的中心位置。分析了钢卷中心位置检测装置中触头组件的冲击变形引起的检测误差,为减小冲击,将原始触头组件改进为缓冲式触头组件;分析了由于钢卷外表面形状引起的检测误差,通过BP神经网络拟合出了误差补偿的解析式;分析了由于带钢收尾位置差异引起的检测误差,通过采用2组检测装置相结合的方式来判断触头的位置。通过上述研究,提出了相应的补偿方案,可有效提高接触式钢卷中心位置检测技术的检测精度。

基于GA-BP算法激光设备故障预测技术研究

针对激光设备非计划停机次数较多的问题,提出了一种基于遗传算法(Genetic Algorithm,GA)优化BP神经网络,建立激光设备故障预测模型的方法。利用激光设备的历史数据训练和调整预测算法,对激光设备采集的实时数据进行分析,按照算法模型预测故障发生概率,提前维护激光设备,减少非计划停机次数,提高激光设备的有效运行时间。通过测量各种情况下激光设备在切割零件时的数据变化,利用GA优化BP神经网络算法,建立激光设备故障预测模型。选取各种情形的切割零件的数据进行仿真预测和验证,以切割过程中各种情况的气体压力、激光功率、切割速度、加速度、各轴的温度和计算之后各轴的跟随误差作为模型输入,以粗糙度作为模型输出。结果表明,经过GA优化的模型在预测效果和预测精度上优于未经GA优化的模型,且模型经GA优化后,其粗糙度的预测精度和收敛速度得到了提升。

变负载直驱力矩电机位置误差预测模型研究

为提高直驱力矩电机在变外载荷工况下的位置精度,使用基于狼群算法(WPA)优化支持向量回归(SVR)神经网络,建立直驱力矩电机位置误差预测模型。搭建试验台,将磁粉制动器与力矩电机用联轴器连接,利用磁粉制动器对直驱力矩电机施加变化外载荷。以可变外载荷数据和直驱力矩电机运行时电流数据作为输入,以直驱力矩电机位置误差作为输出。实验结果表明:所建立的WPA—SVR预测模型精度高于SVR预测模型,能够有效预测直驱力矩电机变负载下位置误差。

三轴立式加工中心几何误差辨识试验研究

机床几何误差作为衡量加工中心性能的一个重要指标,辨识结果的精确与否关键在于选择高精度测量仪器对机床原始误差的测量和对原始测量数据的处理,依据测量数据的处理结果可以有针对性地对机床几何误差项进行补偿。文中以三轴立式加工中心为研究对象,使用雷尼绍XL-80激光干涉仪采用“九线法”测量和辨识三轴立式加工中心的21项几何误差,对测量获取的机床原始误差数据基于主成分分析法进行处理,得到对机床误差影响最大的误差项,为立式加工中心的几何误差补偿提供了依据。

雅可比-旋量在模切机装配公差分析中的应用

在模切纸品的生产过程中,为了减少或避免不合格品的出现,需对模切机弧切刀具的装配精度进行严格控制,将其刀尖偏移量限定在一定范围内,以保证纸品的切割质量。针对以上几何需求,研究了模切机中各个零部件间存在的连接、接触、配合方式,根据平面和圆柱特征的特点对特征元素进行公差旋量表达,将各旋量纳入雅可比矩阵中构建模切机的装配公差分析模型,并按极值法进行计算分析,得出影响刀尖偏差的敏感环,从而为公差优化提供依据。

龙门加工中心横梁导轨靠合面变形分析与补偿研究

横梁自重及其他功能部件重量等多源因素共同造成了横梁导轨靠合面的Z向凹陷及扭转变形现象,进而导致靠合面精度失真并影响龙门加工中心横梁Y向综合直线度。为消除不利因素对导轨靠合面产生的影响,文章基于有限元分析法,聚焦横梁上下两导轨靠合面,建立仿真分析试验方案,求解不同位置处变形量并拟合绘制出其全程变形曲线,依据该曲线对导轨靠合面进行形变量修复补偿。实际测量结果表明:补偿后的龙门加工中心横梁Y向综合直线度精度得到有效提升。

基于成本函数与精度稳定性的机械系统精度多目标优化分配

目前在研究机械传动系统运动精度分配时,仅考虑成本因素,而忽视了系统运动精度稳定性因素对精度分配的影响。为此,提出一种基于成本函数与系统运动精度稳定性的机械系统精度多目标优化分配方法。通过引入元动作理论,建立元动作单元的精度-成本函数模型,利用综合复杂度系数表示元动作单元精度提升与成本的关系。以机械传动系统运动误差传递模型为基础,建立机械系统运动精度稳定性分析模型。以机械系统综合成本和系统运动精度稳定性为目标,建立机械系统运动精度多目标优化分配模型。利用模糊集合方法对Pareto非支配解集进行分析,确定最优解。最后,以数控转台系统运动精度分配为例,将所提的多目标优化分配方法与单目标优化分配方法进行对比,验证了文中所述方法的有效性。

煤矿井下液压锚杆钻机钻臂定位控制方法

由于煤矿井下的恶劣工作环境和钻臂动力学特性的复杂性,传统的固定参数控制方法难以确保稳定且精确的控制。特别是在控制信号传输过程中,抖振现象的出现不仅影响控制精度,还可能导致系统的不稳定。为此,提出一种煤矿井下液压锚杆钻机钻臂定位控制方法。通过建立液压锚杆钻机钻臂位移系统模型,设计死区预补偿器减少控制信号抖振,并结合自适应滑模控制器与金豺优化算法优化控制参数,实现液压锚杆钻机钻臂的定位控制。实验验证,该方法显著提升了钻臂定位精度,特别是在水平和转角控制上,即使在干扰环境下也能保持低稳态误差。

基于流固耦合的静压转台底部支撑优化

静压转台油腔的变形会降低静压转台的承载能力,底部支撑点的布局会显著影响油腔的变形量和底部支撑点的应变量。为了提高静压转台的工作能力,提出一种基于流固耦合的静压转台底部支撑布局重构方法。建立静压转台流固耦合模型,基于有限元方法得到静压转台在额定负载下油腔的变形量和底部支撑点处的应变量,利用MATLAB拟合底部支撑点半径和间距对变形和应变的影响规律,得到底部支撑布局的最佳参数。最后对静压转台底部布局进行重构,并通过试验验证其可靠性。结果表明:重构后油腔变形降低了约19.25%,底部支撑点处应变降低了约29.80%。

一种对接机构的误差分析与可靠度分析

为满足大型部件的对接工作要求,采用一种6自由度对接调姿机构。通过D-H法对机构建立运动学数学模型,进行正逆向运动学分析。对机构末端进行位姿误差分析与可靠度分析,得到末端位姿误差与各关节运动学参数之间的关系,分析出对末端误差影响最大的误差源,为后续提高精度提供理论依据。

一种圆度测量仪的研究及应用

研发了一种新的承压设备圆度的测量方法,制作了一个专门用于承压设备圆度的测量仪,达到改进圆形承压设备的制造过程,提高现场检验效率及确保检验数据的准确测量的效果,从而节约企业设备制造、检验成本,避免、消除使用过程中存在的安全隐患。

基于自由度约束的元动作单元误差传递路径识别方法

准确识别元动作单元的误差传递路径是误差分析的前提。基于机械系统中自由度约束的概念,提出了一种利用自由度约束判断误差传递路径的新方法。首先,通过分析元动作单元功能和结构,确定精度输出件自由度约束要求并初步确定误差传递路径;然后,分析路径中零件结合面的约束属性,并沿误差传递路径计算精度输出件的自由度约束属性。将得到的自由度约束属性与自由度约束要求进行对比,确定误差传递路径。与传统方法相比,所提方法极大提高了误差传递路径分析和识别的效率。

基于CFD的新型仿生织构及实验验证

针对氧化锆陶瓷零部件难以满足新型高强度工作要求的问题,在生物体表面提取了三种仿生轮廓,利用数值模拟和试验相结合的方法探究织构化表面仿生形状、织构角度、织构排布方式对减摩性能的影响。模拟结果表明,不对称的压力分布区域、较小的最大负压绝对值具有更大的油膜承载力,鳞形织构、270°的织构角度及“>”型织构排布方式具有较小的负压绝对值峰值和更大的油膜承载力,减摩性能最佳。试验结果表明,鳞形织构在不同工况下均取得了最低的摩擦系数,验证了数值模拟的结果。

一种定位误差的新定义及计算方法

对于复杂工件和多样化定位方案,传统的定位误差计算方法在适用性和正确性方面存在问题。基于定位元件的几何特征及其与定位要素的几何关系,提出理论基准和源几何量概念,进而提出定位误差的一种新定义和计算方法。采用所提出的计算方法,建立基准关联图描述工序基准与理论基准之间的几何关系,对几何关系进行数学建模,实现定位误差的分析与计算。对比传统定位误差定义、计算方法和所提出的新定义、计算方法,确认所提出的定位误差新定义和计算方法可以完善并简化定位误差的分析计算过程。

自适应深度学习控制方法在五轴混联机床加工中的应用研究

针对五轴混联机床因其控制精度与效率较低,导致热误差和驱动位移误差较大的问题,设计了一种五轴混联机床自适应深度学习控制方法。构建损失函数,获取机床时序数据;建立机床整体结构的动坐标系与静坐标系,进行机床运动学变换;采用数据采样插补方法,对集成后的刀具位置进行插补操作;采用自适应深度学习控制方法控制五轴混联机床工作。试验结果表明,采用设计的控制方法控制后,零件没有出现磨损现象,并且控制后热误差和驱动位移误差均较小,零件生产效率较高。

基于六自由度机械臂的艾灸机器人手法控制算法

传统的艾灸治疗中医学消耗较大,医师负担较重,而当前可代替医生进行艾灸治疗的机器人或机械装置结构简单,自由度及智能化程度低,仅能实现简单的定点操作,难以模拟复杂、多角度变换的艾灸手法。针对以上问题,基于六自由度机械臂,提出了模拟艾灸治疗手法的艾灸机器人轨迹规划算法。该机器人通过采集人体不同方向上的穴位点,建立机械臂的运动控制坐标系,然后针对不同艾灸手法的轨迹,解算机械臂艾灸的轨迹关键点,从而真实再现复杂多变的艾灸手法,实现治疗过程中对于多种艾灸手法的精确控制和智能变换。同时,该机器人引入温度监测与反馈系统,确保艾灸过程中人机交互的安全性和友好性。最后经过实验测试验证了该艾灸机器人在实现真实艾灸治疗手法方面的可行性、准确性和智能性,证明该研究不仅有望替代医生进行艾灸治疗,也可用于家庭自助理疗,具有广阔的市场和应用前景。