[发明专利]冗余驱动五轴混联机构及机构控制用elm误差补偿方法

说明书

冗余驱动五轴混联机构及机构控制用elm误差补偿方法。包括并联机器人本体和两自由度AC摆角头组成，并联机器人末端具有三平移零转动输出，且通过四个移动副作为驱动副固定在机架上；两自由度AC摆角头末端输出为零平移两转动，通过点P串联在并联机器人的末端动平台上。同时，根据关键位置温度和改进的elm模型预测机构的热误差，改进的elm模型根据热误差反馈值和贝塔分布函数实时更新elm模型的网络输出权重、隐含层偏置和网络输入偏置，以提高模型输出的准确率。本发明的混联机构相较于现有的大型数控机床具有结构简单，制造方便的特点，在加工大型复杂结构件上是一个很好的替代方案与有益的补充。

技术领域

本发明属于机械结构设计及控制领域，特别是涉及冗余驱动五轴混联机构及机构控制用elm误差补偿方法。

背景技术

目前，在航空航天、船舶、轨道交通等领域的大型复杂零件的加工关系到国防安全和国民经济发展，体现了国家的重大需求。而传统的大型数控机床运动部件惯量大，并且各驱动轴负载差异大，导致各驱动轴动态响应速率不匹配，制约了机床高速加工性能，且具有造价昂贵、安装调试难度大、生产适应性差等缺点。因此，亟需发明新型的加工装备。

串联机器人具有工作空间大，运动灵活等特点，目前被广泛应用于搬运、装配和焊接等工业领域；但是，其也具有运动惯量大，关节累计误差大等缺点，故无法实现高刚度、高精度和高速运动。并联机器人由于具有闭环的结构特点，故机构紧凑，刚度高，承载能力大，且无累计误差，末端精度较高；但是，由于并联机构结构复杂，常常受到奇异位形的影响，在实际应用中受到制约。对此，一些学者提出冗余驱动并联机器人的概念，通过添加冗余支链或驱动冗余，能够有效提高并联机器人的承载能力，克服机器人的奇异位形，并获得更好的静、动态性能。

混联机器人是通过将串联机构与并联机构相结合的新机构，同时具有串联机构和并联机构的优点，可作为传统大型数控机床的有益补充。现有的混联机构中，多为末端输出多为一平移两转动(1T2R)或两平移一转动(2T1R)的少自由度并联机构与末端AC摆角头机构串联。而本体并联机构为三平移的较少，除了利用Delta机构为本体来做混联机构。然而，Delta机构的驱动副为转动副，灵活性较好，但是刚度和强度不高，通常适合用来做抓取工作，而不适合用作加工装备。因此，亟需设计一些以三平移机构为本体机构，且以移动副作为驱动副的混联机构来作为混联机器人加工机构。

现有专利申请号为CN111230844A的专利，公开了一种零耦合度且正向位置解析和运动解耦的三平移并联机构。其技术方案为：一种零耦合度且正向位置解析和运动解耦的三平移并联机构，由两条混合支链分别连接在动平台(1)、静平台(0)之间而成，动平台(1)的一端(T)连接于混合支链一，另一端(P)连接于混合支链二，其中，混合支链一包含运动平面相互垂直的平行四边形机构一(a)和平行四边形机构二(b)，平行四边形机构一(a)的一条短边直接与动平台(1)的一端(T)固定连接，平行四边形机构一(a)的另一条短边与在XY平面上运动的平面子并联机构的末端构件(S)固定连接；而平面子并联机构包含分支一、分支二，分支一由滑块一(P11)和两个平行轴线转动副子链(R12-R13)串联连接于末端构件(S)，分支二由平行四边形机构二(b)的一条短边和滑块二(P21)串联连接而成，平行四边形机构二(b)的另一条短边与末端构件(S)直接固定连接；而滑块一(P11)在机架导轨一(X)上，滑块二(P21)在机架导轨二(Y)上；混合支链二是这样构成的，由垂直于XY平面的机架导轨三(Z)上的滑块三(P31)，通过转动副一(R32)串联连接于平行四边形机构三(c)的一条短杆，平行四边形机构三(c)的另一条短杆，通过转动副二(R33)串联连接于动平台(1)的另一端(P)。

上述现有的发明机构为纯并联机构，其末端工作空间较小，且工作空间中存在大量奇异位置无法避开，使得有效工作空间大大降低，且并联机构末端不具有各向同性的特征。若在其末端加上一个铣刀头，则其只能用作三轴铣削加工，使用功能极大受限，且由于机构不具备对称的特性，故加工末端不具有各项同性的特性，因此不利于加工。

发明内容