并联机构多源误差综合及性能保障方法研究

With a wide application of multi-axis parallel machine and system complexity, the performance of the parallel mechanism has become even more stringent. Because of the unavoidable error factors and the structural characteristics of parallel mechanism, small changes of one or several error factors may make the entire kinematic characteristics essentially changed. This Proposed a more refined quantitative requirements for multi-errors analysis and assembly sectors, which has a direct correlation with the performance of parallel mechanism..In this project, the first goal is to determine the coupling relationship between the various error sources through quantitative analysis of multi-error factors and the performance of parallel mechanism, then, determine the mapping between the physical quantities of parallel mechanism performance and error factors, and model the allowable error range to a corresponding requires of agency performance, achieve quantizer design that focus on the overall performance of parallel mechanism. The second goal is to study separation method on non-compensation error sources of low-freedom parallel mechanism, and establish the process design criteria to ensure application performance. The third, aim to a variety of performance requirements for specific applications of parallel mechanism, establish multi-objective compensation model of parallel mechanism performance and build the integrated security system for the maintained overall performance of parallel mechanism.

随着多轴并联机床的广泛应用和系统结构的复杂化，人们对并联机构工作性能的要求也愈加严格。由于并联机构的结构特点，使其不可避免的存在多种误差因素，有时一个或者几个误差因素发生微小变化，就可能使得整个机构的运动特性发生本质变化。这对与并联机构性能的形成有着直接关联的多源误差分析及装配环节提出了更为精量化的要求。.本项目通过定量分析多种误差因素对并联机构性能的影响，确定各种误差源之间的耦合关系，从而确定误差因素与并联机构性能物理量之间的映射关系；对机构性能目标对应的误差容许范围进行理论化建模, 实现着眼于并联机构整体性能的精量化设计；研究少自由度并联机构不可补偿误差源的分离方法，建立确保应用性能的工艺设计准则；针对特定应用场合并联机构的多种性能需求，建立并联机构性能的多目标补偿模型，构建面向整机性能的综合性能保障体系。

并联机构工作性能受到多种误差因素的影响，很多应用场合因为工作性能难以满足的原因而弃用并联机构，因此，研究并联机构加工、装配等误差因素与工作性能之间的内在科学联系并采用适当的标定补偿方法，对完善并联机构综合方法、扩大其应用场合及产业化进程都具有重要意义。项目以少自由度并联机构为研究对象，分析了影响并联机构输出性能的多种误差源，研究了少自由度并联机构输出的寄生运动类误差以及多种误差源与机构输出精度、机构刚度及工作空间之间的映射关系，提出了少自由度寄生运动类型误差的补偿方法，利用支链冗余驱动和组合原理建立了一类少自由度并联机构误差补偿模型。(1)采用空间矢量链方法，对可能造成并联机构性能影响的误差进行量化分析，并对其结果进行累计，对现有并联机构构型中关于误差条件的要求进行系统分类，对并联机构可能存在的误差范围进行理论建模研究。(2)构建了误差映射模型，从宏、微观尺度的关联机理出发，对各种误差进行定量分析，对并联机构具有的自由度性质进行分析，确定动平台是否存在寄生运动，并给出寄生运动与并联机构自由度之间的耦合关系，确定机构对各种误差形式的容许范围和机构正确的运动输出。(3)采用多源误差树来确定整个工作空间内的最小敏感误差区域，在此区域对机构误差进行标定补偿，针对末端存在不可标定补偿寄生运动误差的少自由度并联机构，推导出不可标定补偿寄生运动类型误差与机构参数及机构输出的表达式，从期望值与机构参数优化入手，采用针对性的制造、装配及检测工艺设计准则，提出了此类机构的误差补偿方法；针对并联机构特有的设计优化理论和拓扑结构，利用冗余驱动与组合机构思路，对包括机构输出精度、灵活性及工作空间在内的多项性能指标进行多目标优化补偿。项目研究对并联机构扩大应用场合和产业化进程提供有力的理论保障。