3-TPS混联机床的运动控制技术研究

3-TPS混联机床的运动控制技术研究

摘要
混联机床是以并联机床为基础，突出串联约束机构作用的一种新型并联机床。它将并联机构与串联机构进行了有机结合，继承了并联机床刚度高、速度快、工作空间大的特点，同时融入的串联约束机构不仅限制了机床的自由度，规范了动平台的运动姿态，而且更为重要的是作为测量链的存在，能够有效的提高机床的运动精度。
目前国内外对混联机床的研究已取得了一些研究成果和进展，但总体上混联机床的研究还是处于研发、试制和试用阶段，因为混联机床虽然结构上简单，但由于其加工空间与驱动空间是高度非线性映射关系，导致其运动控制比传统机床要复杂得多。针对混联机床的控制技术发展不成熟，目前大都采用传统机床的控制技术，但控制精度不够理想，也无法发挥并联机床的结构优势，所以在开发适合混联机床的控制系统，分析出能发挥混联机床结构优势，提高控制精度的相关控制算法方面，还有很多内容有待研究。
本文以研制的3-TPS混联机床为研究对象，对机床进行三坐标加工时相关运动控制策略和算法进行了分析，主要研究内容如下：
（1）对3-TPS混联机床的运动控制基础进行了分析，包括该混联机床的机构分析，运动学变换方程和控制系统软硬件组成的简要分析。
（2）分析了并联机床的运动控制流程与策略，在此基础上根据3-TPS混联机床的特点提出了两种控制策略。
（3）对混联机床的进给速度的规划控制算法进行了分析，并对提出的两种位置控制策略进行了研究，分析了具体实现过程。并研究了主轴在三坐标加工时保持垂直姿态的控制策略，以及对按函数规律控制驱动轴的方法在3-TPS混联机床中的应用进行了分析。
（4）对混联机床的插补策略进行了分析，分析了坐标空间的粗插补算法和关节空间的精插补算法，并提出了精插补算法的改进算法，通过MATLAB软件对精插补算法在两种精插补策略下对于轨迹误差的影响进行了仿真分析。
本文通过以上工作为3-TPS混联机床样机的运动控制提供了切实可行的控制策略与算法基础。
关键词：混联机床；控制算法；插补；仿真