ZS175柴油機機體三面鉆削組合機床總體及右主軸箱設(shè)計【含12張CAD圖紙】
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外文資料名稱: Uncertainty propagation in calibration of parallel kinematic machines
(用外文寫)
外文資料出處: Precision Engineering Journal of the International Societies for Precision Engineering and Nanotechnology 25 (2001)
附 件: 1.外文資料翻譯譯文
2.外文原文
指導(dǎo)教師評語:
簽名:
年 月 日
校準(zhǔn)并聯(lián)機床的不確定參數(shù)
伯恩哈 約翰 洛塔爾
譯
摘要:本文概述了校正并聯(lián)裝置的詳細(xì)方法,以確定目前運動學(xué)的不確定性參數(shù)(聯(lián)合位置,初步支撐長度,主軸位置和方向)。這種不確定性的估算方法是利用Monte Carlo模擬應(yīng)用于連續(xù)測定方法的運動學(xué)參數(shù)完全組裝旋風(fēng)銑床。結(jié)果不確定性存在于2000年運動學(xué)參數(shù)的旋風(fēng)銑中。
關(guān)鍵詞: Stewart平臺;標(biāo)定;運動學(xué)參數(shù);不確定性
1.介紹
在過去十年中,在多軸機床的基礎(chǔ)上并聯(lián)機制( PKMS )已開發(fā)并行銷世界各地作為替代傳統(tǒng)串行堆疊滑動正交機器架構(gòu)。其一般區(qū)別于PKM和正交序列機制的安排的執(zhí)行器。正交串行機制,個別驅(qū)動器負(fù)責(zé)個別笛卡兒的自由度(自由度) 是加入端對端的串行連接鏈固定地面的移動幀幀。在并聯(lián)機床架構(gòu),個別驅(qū)動器通常不會安排獨立控制一個單一的笛卡兒自由度。相反,驅(qū)動器的安排,使每一個驅(qū)動器之間的連接固定和移動幀畫面。 這種在笛卡爾空間的組合驅(qū)動器控制的移動幀是一種常見的對并聯(lián)機床Stewart平臺(圖1 ) 的Stewart 平臺連接流動的平臺,固定地面框架由六個擴展鏈接或支柱有6個自由度。
圖一
一般并聯(lián)機床的機器,從一家運動學(xué)模型的特殊機器對笛卡爾的進(jìn)行了不同立場和方向工具這些機器依靠點檢測精確定位的參數(shù)檢測運動學(xué)模型獨特的特殊機器中的參數(shù)運動學(xué)模型包括空間位置的聯(lián)合中心在機器上的基地和移動平臺,初步支柱長度和支柱流離失所。流離失所的支柱很容易從傳感器獲得的機器上。 然而,剩下的運動學(xué)參數(shù)(聯(lián)合中心地點,并初步支撐長度)是難以確定當(dāng)這些機器在其完全組裝狀態(tài)。這些機器的規(guī)模和復(fù)雜性通常使有些不良的困難和確定剩余運動學(xué)參數(shù)的直接檢查,如在三坐標(biāo)測量機。為了PKMs將有用的精密定位應(yīng)用技術(shù)必須發(fā)展迅速校正機確定運動學(xué)參數(shù)。
本文是組織以下列方式的敘述方法對評估的不確定性傳播的并聯(lián)機床校準(zhǔn)。第3節(jié)包含一個簡短的故事大綱,標(biāo)定方法這方面的工作。 第4節(jié)中錯誤預(yù)算校準(zhǔn)測量精確。第5節(jié)給出了結(jié)果的不確定性傳播模擬。第6節(jié)比較模擬結(jié)果與實驗結(jié)果進(jìn)行的檢測 。
2.評估不確定性傳播的方法
目前的不確定性的外部測量文書相結(jié)合的不確定性在機器動議創(chuàng)建中的錯誤數(shù)據(jù)所使用的校準(zhǔn)算法來計算的參數(shù),機器的運動模型。因為錯誤是在對收集到的數(shù)據(jù), 將有錯誤存在于計算機模型參數(shù)以及。由于這些計算機模型的參數(shù)不相同的符合實際的物理參數(shù)的實時機,定位誤差將導(dǎo)致恢復(fù)時參數(shù)中使用位置控制的機器。 這些定位誤差,由于不正確的參數(shù)該模型將復(fù)雜的不確定性固有的機器本身,因此在最后計算機器的精度。
這一點很重要不容忽視。 其不確定性所引起的機器本身(即,可重復(fù)性, 傳感器決議,未熱和幾何影響)影響整體性能的定位機器的兩倍。首先,他們購買的基本的不確定性測量數(shù)據(jù)所使用的校正算法。 其次,在校準(zhǔn)完成后,和新參數(shù)化運動學(xué)模型用于機械控制, 這些同一臺機器上的不確定性仍然存在,并有助于以定位誤差。
我們建議通過以下方法來實現(xiàn)對并聯(lián)機床校準(zhǔn)并評價其不確定性傳播的過程:
1.在校準(zhǔn)測量預(yù)測其不確定性,構(gòu)建一個錯誤預(yù)算 。
2.構(gòu)建一個錯誤預(yù)算機器本身的規(guī)模長度誤差以及熱效應(yīng),傳感器決議,非球形聯(lián)合動議,以及其他影響固有的特殊機器的非重復(fù)性的定位。
3.結(jié)合這兩個不確定性來源估計整體的不確定性存在于收集數(shù)據(jù)使用的校正算法模型參數(shù)。
4.建設(shè)一個“完美”的機器數(shù)據(jù)模式,不承擔(dān)任何不確定因素存在測量儀器或機器。
圖二
5.執(zhí)行Monte Carlo模擬校準(zhǔn)進(jìn)程運行多個校正算法次,每次腐蝕的“完美”的數(shù)據(jù)與隨機產(chǎn)生的錯誤假定均勻分布在不確定性預(yù)測的范圍加上錯誤的預(yù)算分析。
6.分析了分配中的錯誤模型參數(shù)從蒙特卡洛模擬。
7.使用電腦的運動學(xué)模型與每套模型參數(shù)得到校準(zhǔn)模擬, 模擬運動在某個特定機器精度性能測試(即-通告球酒吧測試,激光干涉位移測量等),包括不確定性與機器本身的仿真。
8.分析了模擬的性能數(shù)據(jù)。
這顯示了仿真的一系列成果之一是可能從特定的校準(zhǔn)實現(xiàn)最后機定位性能測試.這程序流程圖中概述圖2 ,還可以修改這些模擬研究不同貢獻(xiàn)者的整體定位性能的機器。例如,人們可能認(rèn)為,機器本身是完美的,以確定如何在不確定性的外部校準(zhǔn)測量儀器有助于機器定位誤差。相反,人們可以認(rèn)為外部測量是完善和審查繁殖各種來源的機器的錯誤,如熱效應(yīng)和非球形的最后定位精度性能的聯(lián)合運動。
3.連續(xù)測定技術(shù)的標(biāo)定方法
其中概述的第2種辦法是用來評價不確定性傳播的校準(zhǔn)裝置和并聯(lián)機床新方法的順序運動學(xué)參數(shù)的測定在PKMs開發(fā)的作者的報告以及其他。為了方便讀者,這種方法簡要介紹了使用的空間坐標(biāo)測量裝置的參數(shù)辨識方法,例如激光跟蹤儀或激光球吧。校準(zhǔn)完成四個步驟:
1.地點中央?yún)⒄障担?R )和機框(男)
2.識別中心旋轉(zhuǎn)的空間位置的接頭
3.測定主軸方向和軸向位置
4.測定的初步支撐長度
為了使機器控制器能夠控制的路徑工具點,有必要表達(dá)地點平臺關(guān)節(jié)相對主軸鼻子主軸中心線方向。這是通過下面的測量程把固定持有衡量點附加到刀柄安裝在主軸。刀柄的手慢慢旋轉(zhuǎn)。,在幾個不同的地點停止運動,對坐標(biāo)測量點進(jìn)行測量。把這些坐標(biāo)然后轉(zhuǎn)化為相關(guān)系統(tǒng)。這些點都最理想的應(yīng)該是一個完美的圓形路徑。數(shù)據(jù)收集完整,測合適的坐標(biāo),然后在合適的一個圓圈中最適合。該單位的正常載體最適合方向是方向向量主軸相對的系統(tǒng)。坐標(biāo)中心的圓圈預(yù)計沿在積極的方向發(fā)展正常載體的抵消距離夾具和刀柄的坐標(biāo)中心的主軸軸向上(圖3 )。
圖三
4.誤差估算
取得成功的程度校準(zhǔn)方法的順序是嚴(yán)格依賴機器運動的穩(wěn)定的長度支撐和測量坐標(biāo)的質(zhì)量測量點。如果機展示完美的重復(fù)性和測量了完美的外部測量裝置。那么,恢復(fù)模型參數(shù)將是準(zhǔn)確的。但是,有幾何和控制器的影響,這可能導(dǎo)致在測量周期實際支柱長度的不同。此外,外部測量儀器是不能產(chǎn)生完美測量。因此,為了估計數(shù)額不確定性存在于收回運動學(xué)參數(shù)和繁殖的運動學(xué)參數(shù)不確定性在工具提示,必須建造不斷支持長度和測量裝置的誤差估算。
四個不同的情況進(jìn)行了審議(表1 )。情景1的最佳估計數(shù)的不確定性目前在實際系統(tǒng)。案例2假定現(xiàn)實機器中的不確定性與完善的測量。情景3假定現(xiàn)實中的測量不確定度以一個完美的機器。案例4是一個更加樂觀版1假設(shè),這兩個機器和工具的不確定性減少了50 % 。
表一
5.模擬導(dǎo)致不確定性的結(jié)果
用蒙特卡羅方法概述圖2 誤差范圍為4個不確定性的情況,并六個獨特的20分的運動路(每個支柱)的不確定性傳播到回收聯(lián)合參數(shù)計算和列載于表2 ,第3和第4 。報告中的不確定因素共同立場代表了球的半徑等于不確定性(1秒)為中心的在相應(yīng)的工程聯(lián)合中心。
表二
表三
表四
6.機械運動的不確定性
對于每個情況下,一個子從 1000到10000模擬參數(shù)設(shè)置種選擇。每個參數(shù)設(shè)置選擇是用來模擬運動機床了理想的刀具軌跡(圖4 )。其中的差異模擬路徑和所期望的路徑,然后進(jìn)行分析,以決定有效的運動學(xué)參數(shù)。
圖四
雖然任何路徑或路徑的一種可用于一系列圓形的軌跡。選擇(表4 )對于每一個圓形追蹤其坐標(biāo)最適合圓心,最適合的半徑 以及最大和最小半徑計算。對于每一個圓心的追蹤,質(zhì)量指數(shù)(齊) 計算(表5 ) ,它結(jié)合了非圓測量( RadiusMin , RadiusMax )和圓心位置錯誤( xCenErr , yCenErr )。規(guī)模較小的齊意味著更多的議案貼近理想的運動。微量的齊5 0表明完美的圓周運動。
表四
表五
7.實驗結(jié)果
實驗將三個獨立的順序測定方法進(jìn)行了三個新的數(shù)據(jù)庫控制器建造。雖然將是取的是比較確定的實驗運動學(xué)參數(shù), 但真正的價值是未知的。因此,刀尖運動測量,并用來評價的有效性,仿真預(yù)測不確定性的傳播通過校準(zhǔn)過程。這三個新套運動學(xué)參數(shù)和原始設(shè)置驗證一系列六個圓形痕跡(表4 ),共24個記錄的軌跡。
對于每一個圓心方程計算平均和范圍(最高,最低)計算(表6 )。圖表1展示意味著最低范圍的四個數(shù)據(jù)庫。 這表明,四個數(shù)據(jù)庫在最好的整體性能的基礎(chǔ)上驗證測試。此外,價值從實驗測量在預(yù)測范Monte Carlo模擬,把證實的有效性仿真作為一種手段,評價一個特定的校準(zhǔn)程序。
表6
8. 結(jié)論
本文的目的是介紹一個用系統(tǒng)方法驗證在并聯(lián)機床運動學(xué)的參數(shù)的不確定性和在刀尖的軌跡運動的不確定性。這種不確定性在刀尖軌跡有著廣泛的應(yīng)用,實現(xiàn)對某一特定機器精確性性能的測試,和對某一特定測量儀器的一系列校準(zhǔn)。該方法也可用于評估的相對重要性各種不確定性的來源,并在機器測量系統(tǒng)中的最終校準(zhǔn)結(jié)果。
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柴油機
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