一種標定并聯機床鉸鏈坐標的計算方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及并聯機床鉸鏈坐標的標定，具體涉及一種標定并聯機床鉸鏈坐標的計 算方法。
【背景技術】
[0002] 并聯機床鉸鏈坐標的精度是并聯機床精度的基礎，并聯機床鉸鏈坐標有誤差，會 影響并聯機床的加工精度，并使并聯機床的加工誤差難以補償。
[0003] 現有標定并聯機床鉸鏈坐標的計算中，有用阻尼最小二乘法、高斯牛頓迭代法、遺 傳算法、粒子群算法進行優化計算，在并聯機床鉸鏈坐標的真值一定時，給定并聯機床鉸鏈 坐標的初始值，有時用這些方法計算得到的鉸鏈坐標值，其誤差比并聯機床鉸鏈坐標的初 始值的誤差還大，如果在并聯機床上使用這種鉸鏈坐標值，將使并聯機床鉸鏈坐標的精度 降低，這是不能接受的。
【發明內容】
[0004] 本發明目的在于：提供一種標定并聯機床鉸鏈坐標的計算方法，用于標定并聯機 床鉸鏈坐標的計算，提高標定并聯機床鉸鏈坐標的計算精度。
[0005] 本發明的一種標定并聯機床鉸鏈坐標的計算方法的技術解決方案：通過并聯機床 鉸鏈坐標的兩次優化計算獲得并聯機床的鉸鏈坐標；第一次并聯機床鉸鏈坐標的優化計算 為鉸鏈坐標的一次優化（簡稱一次優化），所得鉸鏈坐標和目標函數分別為鉸鏈坐標的一 次優化值（簡稱一次優化值）和一次優化目標函數（簡稱一次優化目標函數）；第二次并 聯機床鉸鏈坐標的優化計算為鉸鏈坐標的二次優化（簡稱二次優化），所得鉸鏈坐標和目 標函數分別為鉸鏈坐標二次優化值（簡稱二次優化值）和二次優化目標函數（簡稱二次優 化目標函數）。
[0006] 本發明的一種標定并聯機床鉸鏈坐標的計算方法中，鉸鏈坐標的一次優化是在并 聯機床的工作空間中，選擇動平臺的優化搜索位姿，由動平臺的優化搜索位姿得到的相對 桿長變化量的殘差方程的個數等于并聯機床鉸鏈坐標的個數，所選擇動平臺的優化搜索位 姿的數量為動平臺的優化搜索位姿數；再取并聯機床的鉸鏈坐標的初始值，由并聯機床的 鉸鏈坐標的初始值構成的點為并聯機床的鉸鏈坐標的初始點，以并聯機床的相對桿長變化 量的殘差最小為目標函數，用阻尼最小二乘法求得并聯機床的鉸鏈坐標的一次優化值，再 在并聯機床的工作空間中增加選擇動平臺的位姿，計算一次優化目標函數，所增加的動平 臺的位姿稱為動平臺的優化增選位姿，鉸鏈坐標的一次優化結果是鉸鏈坐標的一次優化值 和一次優化目標函數。
[0007] 本發明的一種標定并聯機床鉸鏈坐標的計算方法中，鉸鏈坐標的二次優化是將鉸 鏈坐標的一次優化目標函數作為二次優化的初始目標函數，將鉸鏈坐標的一次優化值作為 網格中心坐標，取一組步長，將定平臺上沿垂直方向的6個坐標各增加和減小一個步長，形 成網格初始點，對每個步長下的網格初始點用阻尼最小二乘法優化，并取最優解，初步得鉸 鏈坐標的二次優化值和二次優化目標函數，再判別二次優化目標函數是否達到要求的二次 優化目標函數的精度，如果達到要求的二次優化目標函數的精度，則結束鉸鏈坐標的二次 優化，如果沒有達到要求的二次優化目標函數的精度，則當二次優化目標函數值減小時，將 上一次優化得到的鉸鏈坐標值和二次優化目標函數作為下次優化的初始值，減小網格步長 后繼續優化，當二次優化目標函數值不減小時，僅減小網格步長后繼續優化，鉸鏈坐標的二 次優化結果是鉸鏈坐標的二次優化值和二次優化目標函數，鉸鏈坐標的二次優化結果為標 定并聯機床鉸鏈坐標的計算結果。
[0008] 在鉸鏈坐標的一次優化和二次優化中，計算一次優化目標函數和二次優化目標函 數的公式相同，動平臺的位姿相同，計算一次優化目標函數和二次優化目標函數的動平臺 的位姿數大于用阻尼最小二乘法優化得到并聯機床的鉸鏈坐標的一次優化值和二次優化 值的動平臺的優化搜索位姿數，動平臺的優化搜索位姿包含在計算一次優化目標函數和二 次優化目標函數的動平臺的位姿中，且動平臺的位姿數越多，越有利于優化得到的鉸鏈坐 標值接近無誤差的鉸鏈坐標值，或者說越有利于優化得到的鉸鏈坐標接近鉸鏈坐標的真 值，其優化解越是并聯機床工作空間中較優解。
[0009] 本發明的一種標定并聯機床鉸鏈坐標的計算方法中，根據動平臺的優化搜索位姿 的參數，用阻尼最小二乘法優化得到并聯機床的鉸鏈坐標的一次優化值和二次優化值；根 據動平臺的優化搜索位姿和動平臺的優化增選位姿的共同參數、鉸鏈坐標的一次優化值， 計算鉸鏈坐標的一次優化目標函數；根據動平臺的優化搜索位姿和動平臺的優化增選位姿 的共同參數、鉸鏈坐標的二次優化值，計算鉸鏈坐標的二次優化目標函數。
[0010] 本發明的有益效果是計算得到的并聯機床鉸鏈坐標的精度高，有利于提高并聯機 床的精度。
【附圖說明】
[0011]圖1為標定并聯機床鉸鏈坐標的計算流程圖。
[0012] 圖2為并聯機床的結構簡圖。
[0013] 圖中：1定平臺；2伺服電機；3花鍵套；4花鍵軸；5動平臺；6電主軸；7刀具。
【具體實施方式】
[0014] 下面結合具體實施例進一步詳細說明本發明的技術解決方案，實施例不應理解為 對技術解決方案的限制。
[0015] 并聯機床的結構簡圖如圖2所示，定平臺1與花鍵套通過萬向鉸Bi聯接，動平臺5 與花鍵軸通過萬向鉸h聯接，花鍵套3與花鍵軸4為花鍵聯接，花鍵軸4的一端與伺服電 機2聯接，電主軸6安裝在動平臺5的中心，刀具7安裝在電主軸6的下端；花鍵套3與花 鍵軸4組成連桿，萬向鉸&與萬向鉸b ^司的花鍵套與花鍵軸組成連桿i，i = 1，2，"·，6， 如萬向鉸&與萬向鉸b」司的花鍵套與花鍵軸組成連桿1。
[0016] 在定平臺上建立定坐標系O1 ξ η ζ，原點O1在定平臺的重心；在動平臺上，建立與 動平臺固結的動坐標系Oxyz，原點O在動平臺的重心。
[0017] 標定并聯機床鉸鏈坐標的計算結果就是要得到萬向鉸Bi在定坐標系O1 ξ η ζ中 的坐標，得到萬向鉸h在動坐標系Oxyz中的坐標，并有高的精度。
[0018] 在標定并聯機床鉸鏈坐標的計算中，取并聯機床相對桿長變化量的殘差fk最小為 一次優化目標函數和二次優化目標函數，BP :
【主權項】
1. 一種標定并聯機床鉸鏈坐標的計算方法，其特征在于：一種標定并聯機床鉸鏈坐標 的計算方法，通過并聯機床鉸鏈坐標的兩次優化計算獲得并聯機床的鉸鏈坐標；鉸鏈坐標 的一次優化是在并聯機床的工作空間中，選擇動平臺的優化搜索位姿，由動平臺的優化搜 索位姿得到的相對桿長變化量的殘差方程的個數等于并聯機床鉸鏈坐標的個數，再取并聯 機床的鉸鏈坐標的初始值，以并聯機床的相對桿長變化量的殘差最小為目標函數，用阻尼 最小二乘法求得并聯機床的鉸鏈坐標的一次優化值，再在并聯機床的工作空間中增加選擇 動平臺的位姿，計算一次優化目標函數，鉸鏈坐標的一次優化結果是鉸鏈坐標的一次優化 值和一次優化目標函數；鉸鏈坐標的二次優化是將鉸鏈坐標的一次優化目標函數作為二次 優化的初始目標函數，將鉸鏈坐標的一次優化值作為網格中心坐標，取一組步長，將定平臺 上沿垂直方向的6個坐標各增加和減小一個步長，形成網格初始點，對每個步長下的網格 初始點用阻尼最小二乘法優化，并取最優解，初步得鉸鏈坐標的二次優化值和二次優化目 標函數，再判別二次優化目標函數是否達到要求的二次優化目標函數的精度，如果達到要 求的二次優化目標函數的精度，則結束鉸鏈坐標的二次優化，如果沒有達到要求的二次優 化目標函數的精度，則當二次優化目標函數值減小時，將上一次優化得到的鉸鏈坐標值和 二次優化目標函數作為下次優化的初始值，減小網格步長后繼續優化，當二次優化目標函 數值不減小時，僅減小網格步長后繼續優化，鉸鏈坐標的二次優化結果是鉸鏈坐標的二次 優化值和二次優化目標函數，鉸鏈坐標的二次優化結果為標定并聯機床鉸鏈坐標的計算結 果。
2. 根據權利要求1所述的一種標定并聯機床鉸鏈坐標的計算方法，其特征在于：在鉸 鏈坐標的一次優化和二次優化中，計算一次優化目標函數和二次優化目標函數的公式相 同，動平臺的位姿相同，計算一次優化目標函數和二次優化目標函數的動平臺的位姿數大 于用阻尼最小二乘法優化得到并聯機床的鉸鏈坐標的一次優化值和二次優化值的動平臺 的優化搜索位姿數，動平臺的優化搜索位姿包含在計算一次優化目標函數和二次優化目標 函數的動平臺的位姿中。
3. 根據權利要求1所述的一種標定并聯機床鉸鏈坐標的計算方法，其特征在于：根據 動平臺的優化搜索位姿的參數，用阻尼最小二乘法優化得到并聯機床的鉸鏈坐標的一次優 化值和二次優化值；根據動平臺的優化搜索位姿和動平臺的優化增選位姿的共同參數、鉸 鏈坐標的一次優化值，計算鉸鏈坐標的一次優化目標函數；根據動平臺的優化搜索位姿和 動平臺的優化增選位姿的共同參數、鉸鏈坐標的二次優化值，計算鉸鏈坐標的二次優化目 標函數。
【專利摘要】本發明公開了一種標定并聯機床鉸鏈坐標的計算方法，通過并聯機床鉸鏈坐標的兩次優化計算獲得并聯機床的鉸鏈坐標；鉸鏈坐標的一次優化是以并聯機床的相對桿長變化量的殘差最小為目標函數，用阻尼最小二乘法求得鉸鏈坐標的一次優化值，鉸鏈坐標的一次優化結果是鉸鏈坐標的一次優化值和一次優化目標函數；鉸鏈坐標的二次優化是將鉸鏈坐標的一次優化值作為網格中心坐標，將定平臺上沿垂直方向的6個坐標各增加和減小一個步長，形成網格初始點，對每個網格初始點用阻尼最小二乘法優化，并取最優解，鉸鏈坐標的二次優化結果是鉸鏈坐標的二次優化值和二次優化目標函數。本發明用于標定并聯機床鉸鏈坐標的計算，提高標定并聯機床鉸鏈坐標的計算精度。
【IPC分類】G01B21-00
【公開號】CN104634293
【申請號】CN201510059119
【發明人】許兆棠, 吳海兵, 陳小崗, 劉遠偉, 張恒, 張磊, 吳蒙蒙
【申請人】淮陰工學院
【公開日】2015年5月20日
【申請日】2015年1月29日