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申请/专利权人：清华大学

摘要：本发明涉及一种混联机床主轴头标定方法及混联机床主轴头，混联机床主轴头标定方法包括如下步骤：S1、得到带误差项的运动学模型；S2、通过解析的方法获得刀具中心点的位置误差传递矩阵T；S3、将多个长度不同的刀具分别安装于主轴头，测量各个姿态下对应的刀具中心点的实际位置，根据刀具中心点的实际位置与刀具中心点的理论位置求得刀具中心点的位置误差dP*；S4、将S3中得到的输入向量、刀具的长度代入位置误差传递矩阵T，求得误差辨识矩阵T*，通过误差辨识矩阵T*以及S3中测得的各个姿态下对应的刀具中心点的位置误差dP*，计算出主轴头的几何误差参数；S5、将S4中计算得到的几何误差参数代入到带误差项的运动学模型中，实现误差补偿。

主权项：1.一种混联机床主轴头标定方法，其特征在于，包括：S1、建立主轴头的运动学模型和几何误差模型，将几何误差模型代入运动学模型中，得到带误差项的运动学模型；S2、建立带刀具长度参数的刀具中心点的运动学正解方程，将输入向量参数代入所述刀具中心点的运动学正解方程，通过解析的方法获得刀具中心点的位置误差传递矩阵T；S3、将多个长度不同的刀具分别安装于所述主轴头，将所述输入向量参数赋予不同数值得到不同输入向量，通过RTCP功能驱动混联机床，使刀具中心点的理论位置不变，所述主轴头基于不同的所述输入向量运动到不同的姿态，测量各个姿态下对应的刀具中心点的实际位置，根据所述刀具中心点的实际位置与所述刀具中心点的理论位置求得刀具中心点的位置误差dP*；S4、将S3中得到的所述输入向量、所述刀具的长度代入所述位置误差传递矩阵T，求得误差辨识矩阵T*，通过所述误差辨识矩阵T*以及S3中测得的各个姿态下对应的所述刀具中心点的位置误差dP*，计算出所述主轴头的几何误差参数；S5、将S4中计算得到的所述几何误差参数代入到所述带误差项的运动学模型中，实现误差补偿，完成运动学标定；在步骤S2中：所述主轴头的动平台中心的位置误差ΔH和所述动平台中心的误差传递矩阵为J之间的表达式为： 其中，ΔH表示所述主轴头的动平台中心的位置误差，Δα表示所述主轴头的动平台中心的微分角度偏差，dr表示所述主轴头的几何误差，动平台中心的误差传递矩阵为J；根据1式进行推导，若所述刀具长度为L，则所述刀具中心点的位置为：P＝H+RTT·[00L]T2其中，H＝[xyz]T，H为所述动平台中心的位置向量，RTT为所述动平台的方向旋转矩阵，使用T-T角进行描述，其中三个角度变量为φ，θ，ψ，则上述公式2写为： 对上述公式3进行求导得到： 将上述公式4写为矩阵形式： 其中，[dφdθdψ]T表示基于T-T角的角度偏差；通过所述动平台中心的微分角度偏差和所述T-T角的角度偏差的转换关系，将所述T-T角的角度偏差使用微分角度偏差表示为： 其中，所述动平台中心的微分角度偏差和所述T-T角的角度偏差的转换关系为： 根据上述公式5和公式6，所述输入向量与位置误差传递关系为： 则所述输入向量与所述位置误差传递矩阵的表达式为： 在步骤S1中，形成所述带误差项的运动学模型包括以下步骤：根据闭环矢量法，对于主轴头的每条支链都有：H+RTTRiai＝Ribi+RiRBiqi+RiRBiRCili10其中，H、ai、bi、li和qi分别表示所述主轴头的终端位置、终端动平台结构参数、静平台结构参数、杆件结构参数和滑块的位置，RTT、Ri、RBi和Rci分别表示所述动平台到静平台的旋转矩阵、各支链的旋转矩阵、移动副的旋转矩阵和转动副的旋转矩阵；对上述公式10的两边取微分，得到包含所有误差参数的几何误差模型： 其中，△ai和△bi分别表示所述动平台的几何误差矢量和所述静平台的几何误差矢量，△qi和△li分别表示所述滑块的位置误差和所述杆件的长度误差，RθBi和RθCi表示导轨角度误差矩阵和所述滑块的角度误差矩阵，上述下标中的i对应为第i个支链；将上述公式11改写为包含所述几何误差的运动方程和约束方程：||H+RTTRiai+Δai-Ribi+Δbi-RiRBiRθBiqi+Δqi||2＝li+Δli12H+RTTRiai+Δai-Ribi+Δbi-RiRBiRθBiqi+Δqi·RiRBiRθBiRCiRθCie2＝013。

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