盾构机换刀机械手误差补偿研究

针对换刀机械手在盾构机内部狭小空间中、重载工况下难以实现精准更换滚刀的问题,提出换刀机械手末端位姿误差补偿方法。换刀机械手的末端位姿误差由刚性误差与柔性误差2个部分组成,分别针对这2种误差进行理论分析。以MDH参数法为基础建立换刀机械手的刚性误差模型,基于材料力学理论,采用奇异函数以及拉普拉斯变换的方法计算伸缩臂柔性变形,进而建立换刀机械手柔性误差模型,并分别利用Matlab与Workbench仿真软件完成对刚性误差模型与柔性误差模型的正确性检验。结合二者的误差模型,通过刚性误差与柔性误差线性叠加的方式推导得到换刀机械手刚柔耦合误差模型。基于所提出的刚柔耦合误差模型,还需对模型中的冗余参数进行剔除,并通过L-M算法实现对换刀机械手几何参数识别,进而完成换刀机械手标定实验。经过标定后,换刀机械手末端位置误差在X方向上的误差均值相对于未标定前减少21.02 mm,在Y方向上的误差均值相对于未标定前减少18.44 mm,在Z方向上的误差均值相对于未标定前减少3.79 mm。标定实验结果表明,标定后换刀机械手各方向的末端误差均得到大幅度的减小,进而说明提出的换刀机械手误差补偿方法是科学有效的。