彈性冗餘空間機構性能與機器精度模型研究

《彈性冗餘空間機構性能與機器精度模型研究》是依託大連理工大學,由王德倫擔任醒目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：彈性冗餘空間機構性能與機器精度模型研究
• 依託單位：大連理工大學
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：王德倫

項目摘要

以實際機器零件為對象，把零件轉化為內部各向異性彈性體與表面幾何特徵剛性體的組合體, 討論零件幾何表面在工況載荷下的彈性運動幾何學，闡述零件精度特徵彈性映射與零件幾何結構、材料物理性能與工況載荷等因素的關係；揭示靜聯接面的零件精度彈性映射函式效應，並探討靜聯接方式、結構參數、工況載荷與彈性映射函式的內在聯繫；總結運動副的實際結構類型與組合特徵，研究其彈性約束與彈性冗餘自由度、幾何精度與運動特徵的傳遞及合成規律等，建立實際運動副的空間運動子鏈的結構構型方法；由彈性剛性組合體零件、彈性映射函式、空間運動子鏈等組合而成彈性冗餘空間機構，構建機器整機與零件的幾何、物理、結構、裝配、運動、載荷之間的耦合關係，深入研究彈性冗餘空間機構的組成原理、運動學與靜力學及其求解方法，結合多軸精密工具機整機樣機與零件的數值計算與試驗測試分析，形成機器整機精度及其特性的彈性冗餘空間機構建模與分析方法。

結題摘要

本項目以機構運動幾何學方法研究精密工具機工業機器人/等高端裝備及其精密主軸、軸承、導軌等關鍵功能部件的精度特性分析、設計、測量與評價，創造性建立了運動副/運動鏈精度特性的彈性冗餘空間機構模型，首次獲得運動副離散誤差運動的不變數及其性質，建立了機器精度及其特性的彈性冗餘空間機構分析方法。以運動幾何學理論研究了運動副及其組成部件（軸承、導軌等零件）表面幾何形狀及誤差分布對誤差運動規律的影響，引入典型固定聯接結構的裝配工藝參數，建立過盈聯接、螺栓聯接等固定聯接結構的精度傳遞與映射模型，實現機器零件及靜聯接組件精度特性分析與等效。將運動幾何學局部性質發展到整體性質，研究了迴轉運動與平移運動的點、線運動軌跡整體幾何性質與充要條件，討論迴轉/移動離散誤差運動的不變數，建立了迴轉副/移動副精度特性分析及評價的不變數方法。以此為基礎，研究了真實迴轉副/移動副的結構、尺度、約束形式、零件幾何誤差、剛度以及載荷等因素對運動副精度及其特性的影響規律，構建了迴轉副/移動副精度特性的彈性冗餘空間機構模型，揭示了機器精度特性與幾何、物理因素之間的本構關係，討論了機構幾何參數、物性參數與各運動副精度特性影響因素之間的對應關係與等效計算方法，以機構運動學與準靜力學方法進行真實運動副的精度特性分析與設計。同時，基於上述理論和方法，以三軸/五軸工具機及機器人等為對象，研究了整機/運動副誤差運動的不變數性質，提出了單/多軸誤差運動的不變數精度新概念與不變數測量方法，減少或消除了被測零件幾何形狀、測量位置及測量儀器安裝方式對運動精度評價結果的影響。因此，本項目將剛體運動幾何學發展到離散運動幾何學，創立了機器/運動鏈/運動副精度特性的彈性冗餘空間機構分析方法，為機器精度及其特性的分析、設計、測量與評價等提供了理論基礎，不僅豐富和發展了機構學理論和方法，也為開闢了新的套用領域提供依據。