[发明专利]基于正解的五自由度纯并联机床断电后寻址及回零的控制方法

说明书

技术领域

    本发明涉及一种五自由度纯并联机床，特别涉及一种基于正解的五自由度纯并联机床断电后寻址及回零的控制方法。

背景技术

并联机床以其高刚度、高精度和高承载能力等特性而备受关注。在并联机床现存的许多问题中，三自由度以上的并联机床位置正解一直是个难题，而位置正解又是解决机床失电后正确判断动平台位姿以及机床回零的最直接的方法。

由于并联机床结构的特点，机床逆解比较容易获得，而正解往往没有解析解或存在多解。因而目前五自由度纯并联机床的回零方法一般采用基于并联机床逆解的栅格回零法，即控制并联机床各驱动杆回到各自的零位；而并联机床遇到中途断电刀具主轴（动平台）的位姿要靠实际仪器当场测量，不仅操作困难，而且误差大。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对具有环型铰链的五自由度纯并联机床，提出一种基于正解的判定机床刀具主轴（动平台）实时位姿的控制方法，该控制方法同时解决了断电后寻址及机床回零的问题，是该种并联机床数控系统的内核部分。控制方法将五杆五环并联机床结构几何参数、杆件姿态和刀具主轴在空间中的位姿形成一一对应的函数关系，该方法可用于机床刀具主轴（动平台）运动时实时位姿的在线检测，当机床发生断电，信息丢失的情况时，接通电源后用该方法可以识别刀具主轴当前位姿，并帮助机床回到零点。

本发明的控制方法包括如下的步骤：

（1）建立控制模型，该控制模型将五杆五环并联机床结构几何参数、杆件姿态、主轴在空间中的位姿形成一一对应的函数关系。

①获得位姿正解的数学模型，即刀具主轴（动平台）的位置                                                和姿态的数学表达式：

 

其中：

、、---刀具主轴中心线的单位方向矢量；

、、----刀尖点的位置坐标；

、  -----五根杆的编号,可取1、2、3、4、5；

----第根杆与主轴中心线所确定平面的法向量；

-----第根杆与主轴中心线所确定平面的法向量；

-----主轴尾部轴心线上选定点，由机床顶部激光跟踪仪对应选取。

②正解的数学模型中各已知参数的获取：

本发明中涉及到的参数比较多，主要有两大类：机床处于初始状态时各初始尺寸值，称为固定值，实时变化值称为变量。

固定值由机床装配完成后直接测量获得。

变量由绝对坐标传感器直接测量或转换获得；五根杆中任意选取两根杆作为测量对象，在两根杆虎克铰的固定轴和转动轴上分别设有多个角度传感器，在两根杆件的杆底设有线位移传感器，并在机床顶部安装激光跟踪仪；

以上确定主轴中心线的两平面的法向量和的求解如下：

；

       ；

       ；

       ；

       ；

       ；

；

       

；

；

其中：

----虎克铰中心点，固定值；

----推杆与虎克铰转环的铰接点，变量，由以上算式转换获得；

------------杆长值，变量，由线位移传感器测量所得；

------------伸缩杆与虎克铰内环法向量的夹角，固定值；

----------伸缩杆与虎克铰内环法向量的夹角增量，变量，由安装在虎克铰转动轴上的角度传感器角度传感器5b、7d测量所得；

----------虎克铰绕固定轴轴的转动角，变量，由安装在虎克铰固定轴上的角度传感器角度传感器4a、6c测量所得；

---局部坐标系轴与定坐标系之间的初始夹角，固定值；

---局部坐标系轴与定坐标系之间的初始夹角，固定值；

---局部坐标系轴与定坐标系之间的初始夹角，固定值。

（2）断电后寻址：

采用绝对坐标传感器，在机床遇到断电信息丢失的情况下，重新接上电源，传感器显示的是所有位置的当前值，即、、及，代入以上公式，即获得机床刀具主轴的当前姿态；

（3）机床回零路径是由机床的逆解控制模型决定，但回零路径起点是根据刀具主轴的当前姿态获得的。由正解获得的当前点作为回零路径的起点写入上位PC机，由上位PC机将回零路径算式写入运动控制卡；

（4）运动控制卡输出控制信号至伺服控制系统，从而控制机床回零。

本发明的优越功效在于：