引入复合涂层和局部作动器的多轴联动系统精度增长机理、仿真及试验

This project aim at carrying out precision growth mechanism, simulation and experiment of multi-axis linkage system introducing composite coating and local actuator based on the application background of space engineering, CNC laser, EDM and robotics, for the study object of multi-axis linkage system and around two scientific issues of "Time-varying friction model and wear law of bearings introducing composite coatings" and "Cooperative control and precision growth mechanism of multi-axis series system introducing local actuator" .The study contents of this project include the following four parts: typical friction behavior simulation and model parameter identification, typical friction pair of low friction wear resistant composite coating preparation and prototype precision growth test, design and testing of multiple degrees of freedom of local actuator of electromagnetic and fluid coupled with precision compensation, collaborative experiments and accuracy assessment of multi-axis linkage system. Expected research results include the following four areas: time-varying friction model and precision growth mechanism of multi-axis linkage system, design and preparation methods of composite coating for bearings; simulation technology for multi-degree of freedom of local actuator dynamic performance; evaluation indicators for precision growth of multi-axis linkage system. Results including theory, method and experimental verification that related to system integration and precision growth, is significance for discipline development of institutional multi-axis linkage field. Ten published papers, two invention patents and eight graduate students trained should be expected.

本项目以空间工程、数控激光或电加工及机器人等为应用背景，以多轴联动系统为研究对象，围绕其"时变摩擦模型及复合涂层轴承摩擦磨损规律"和"局部作动器与多轴联动串联系统的运动协同控制与精度增长机理"两个科学问题，开展基于复合涂层轴承和局部作动器的多轴联动系统精度增长机理、仿真及试验研究。研究内容：典型摩擦行为仿真、模型参数识；典型摩擦配副的低摩耐磨复合涂层制备及样机精度增长试验；精度补偿用电磁液耦合多自由度局部作动器设计和测试；多轴联动系统的综合实验及精度评估。预期成果：多轴联动系统转动摩擦副时变摩擦模型及精度增长机理；轴承复合涂层设计与制备方法；多自由度局部作动器的动力学性能仿真技术；多轴联动系统精度增长效用的评估指标。这些成果包括系统集成、系统精度相关的理论、方法及实验验证，对机构学多轴联动领域学科发展有重要意义。发表论文10篇，申请发明专利2项，培养研究生8名。

本项目以空间工程、数控激光加工及机器人等领域为应用背景，以多轴联动系统为研究对象，引入摩擦补偿控制、高弹性模量厚涂层和高精度局部作动器，提出了一套高性能多轴联动系统的精度再增长方法。项目围绕“时变摩擦模型及复合涂层轴承摩擦磨损规律”和“局部作动器与多轴联动串联系统的运动协同控制与精度增长机理”两个科学问题，开展了引入复合涂层和局部作动器的多轴联动系统理论与实验研究。主要研究内容有：进行了多轴联动系统典型摩擦行为仿真和摩擦模型参数识别研究，分析了摩擦因素对系统运动精度的影响，重点是评估了摩擦补偿控制方法在系统精度增长方面的效用；采用超音速火焰喷涂方法制备了多批高弹性模量厚WC涂层，研究了复合涂层的减摩机理，分析了其在精度增长和精度保持方面的效用；设计并开发了三自由度电磁液型局部作动器和压电晶体型局部作动器，进行了运动学性能实验，表明通过局部作动器与原多轴系统协同的方法可实现精度的数倍增长；搭建了二轴联动系统高精度综合验证试验台和测控系统，进行了综合实验验证。本项目最具特色的研究成果有：摩擦补偿控制、高弹性模量复合厚涂层、高精度局部作动器三种方式在多轴联动系统精度增长方面的定量评估；超音速火焰喷涂参数优化下的高性能复合涂层制备；三自由度电磁液型局部作动器和压电晶体型局部作动器的提出；高精度二轴联动系统的综合验证平台和测控系统。本项目的科学意义在于摩擦补偿控制、高弹性模量复合厚涂层和高精度局部作动器这三种精度增长方法的分析、对比与综合，揭示多轴联动系统精度增长的摩擦学、机构学与控制学多学科协同机制。本项目的预期指标满足要求：出版专著1部（22.4万字）；已发表和录用论文8篇，在审SCI/EI源刊论文还有2篇；申请发明专利1项，已公开；培养博士研究生4人（2人已毕业），硕士研究生4人（2人已毕业）。