六自由度虚拟轴机床的智能位姿检测及实时误差补偿控制研究

• 作 者: 薛娌
• 机 构: 江苏大学
• 出 处: 江苏大学
• 发表日期: 2011年期
• 关键词: 数控机床 刀具位姿 位姿检测 RBF神经网络

虚拟轴机床,又称并联机床,是机器人技术、机床结构技术、数控技术等多学科交叉结合的产物,具有高精度、高刚性、高速度、高加速度、高柔性、高灵活性、推力大、重量轻等潜在优异性能。在虚拟轴机床的研究中,为了更好地实现对末端刀具的高精度控制,机床末端刀具准确到达指定位姿的能力成为其重要的技术指标之一。目前,在虚拟轴机床数控加工中只能通过编码器获得伺服电机的运动状态,无法直接获得末端刀具的实时位姿。虚拟轴机床末端运动位姿的实时检测难题,影响着虚拟轴机床末端刀具的运动控制精度,并已成为困扰虚拟轴机床在实现产业化方面取得实质性突破的关键问题之一。因此,本文对虚拟轴机床末端刀具的位姿检测方法进行的研究,不仅具有较高的实用价值,而且具有较高的学术价值。　　
本文首先总结了国内外虚拟轴机床的研究概况,包括运动学、动力学、工作空间、控制策略、检测方法及误差补偿等,论述了本课题研究的内容、目的和意义。其次,对该机床的数控系统硬件系统进行了研究。另外,结合本课题的研究对象----6-PTRT型虚拟轴机床,从运动学分析的角度阐述六自由度虚拟轴机床运动学的相关理论,为虚拟轴机床的控制与检测奠定基础。根据具体的运动学分析,利用RBF神经网络任意逼近非线性函数的能力,对给定的末端位姿及其运动学逆解进行训练,从而利用训练好的RBF神经网络实现对虚拟轴机床末端位姿的检测,并将RBF神经网络检测的结果与BP神经网络检测的结果进行仿真对比,以验证RBF神经网络的优越性。然后对虚拟轴机床的位姿进行误差补偿。最后,针对虚拟轴机床的特点,利用VC++开发工具,建立数控系统交互界面,设计出该检测方法及误差补偿方法的软件,实现对虚拟轴机床末端位姿的高精度检测。仿真和实验结果表明了本文所设计的检测方法在虚拟轴机床位姿检测中的有效性,同时为虚拟轴机床末端刀具的直接闭环高精度控制奠定了基础。