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五坐标虚拟轴研抛机床数控系统的研究

五坐标虚拟轴研抛机床数控系统的研究

作者：谢哲东吉林大学

学位级别：硕士

一、引言我国于2001年正式加入WTO以来，经济发展迅速。随着汽车、航空航天以及一批高新技术产业的发展，含有自由曲面的零件所占的比例越来越大，对自由曲面的加工质量和效率要求也越来越高。但是目前对自由曲面的精加工主要还依靠熟... 详细信息

一、引言我国于2001年正式加入WTO以来，经济发展迅速。随着汽车、航空航天以及一批高新技术产业的发展，含有自由曲面的零件所占的比例越来越大，对自由曲面的加工质量和效率要求也越来越高。但是目前对自由曲面的精加工主要还依靠熟练工人的手工操作。由于手工操作生产效益低下，加工质量不稳定，难以适应自由曲面低成本、短周期、高质量的要求，研究一种高效自动化的研抛设备势在必行。本文针对用于自由曲面研抛加工的JDYP51型五坐标虚拟轴研抛机床，研究出了一种基于PMAC的开放式数控系统。二、虚拟轴机床机构设计的分析本课题所研究的是并联、串联组合在一起的混联机床，该机床为3+2式虚拟轴机床，即3个并联轴实现X、Y、Z向3个坐标运动，并联机构带动动平台实现平动，在动平台上安装2自由度串联机器手，串联机构下加装主轴装置。用此机床进行模具自由曲面的研抛加工。机床照片如图1 所示，图1 JDYP51型五坐标虚拟轴研抛机床图2 机床总体结构示意图虚拟轴机床的总体结构如图2所示，它的并联机构由静平台、动平台和三个导轨立柱—滑块—支链相结合的机构组成?，支链采用定长杆，各杆件一端与滑块，另一端与动平台用虎克铰连接，滑块由伺服电机和滚珠丝杠螺母副驱动，沿导轨作上下移动。机床的串联机构连接在动平台上，由两个转动关节构成，分别绕轴转动来调整研抛工具的位姿。虚拟轴机床的位姿分析是求解机床的输入与输出之间的位置关系，当已知机床输入件的位置，求解机床的输出件的位置和姿态称为位置分析的正解，若已知机床输出件的位置和姿态，求解机床输入件的位置称为位置分析的逆解。根据该机床的运动特性，利用解析法可以建立并联机构的位置正解方程，首先要建立并联机构的解析图形，如图3所示，两端取模平方知：图3 机床并联机构解析图通过几何关系，解出动平台的三个输入与输出的关系：由上式知：以上所述即为并联机构的位置关系，同时可以利用齐次变换的方法建立机床串联机构的位置方程，并将串并联机构通过动平台为纽带，得到机床整体的位置关系。三、开放式数控系统的硬件设计与实现我们通过对JDYP51型虚拟轴研抛机床的研究，设计使用了一种基于PMAC的开放式数控系统。根据此数控系统所设计的数控装置目前已经完成，如图4所示，控制装置区域划分由上至下为：实时显示区，饲服控制区，控制电路区，核心控制区和主轴控制区。机床的开放式数控系统构成如图5所示，在工业控制机（IPC）平台基础上，采用PMAC控制器和双端口存储器（DPRAM），从而构成数控系统的控制中心。工控机上的CPU与PMAC的CPU（DSP56001）构成上下位机式的双微处理器结构，两个CPU各自实现相应的功能。下位机由PMAC控制器来实现，主要承担实时性任务，如伺服控制、轨迹规划、可编程逻辑控制等;上位机为工业控制计算机，主要完成数控编程、数控仿真、图形插补和人机界面处理、网络功能等非实时任务。控制系统硬件主要由主频为566MHz的工业控图4 JDYP51型机床数控装置图5 基于PMAC的开放式数控系统构成框图制机、PMAC运动控制器、双端口RAM（DPRAM）、伺服单元及交流伺服电机等组成。图中的虚线将上位机和下位机的功能模块分开，实线框以外部分为系统的外部设备。由框图可以看出，PMAC控制器与主机（IPC）之间的通讯采用了两种方式。一种是总线通讯方式，另一种是利用DPRAM进行数据通信，主机与PMAC运动控制器主要通过ISA总线通讯，至于控制器和电机的状态、所处的位置、速度、跟随误差等数据则通过DPRAM交换信息。四、开放式数控系统的软件研究虚拟轴机床数控系统实现正常工作，需要三个部分的系统软件来执行：IPC的用户界面应用程序;IPC与PMAC上下位机间的通讯程序;PMAC中对各种输入、输出量进行监控的PLC程序。其中通讯程序的开发工作量最大、最困难、也最具有技巧性，Delta Tau公司提供的Pcomm32已经对通讯程序进行了充分的开发，我们可以通过***进一步利用。人机界面应用程序采用Visual C++6.0语言进行开发。PLC程序采用Delta Tau公司提供的语言进行设计开发。系统软件工作机理如图6所示，图6 系统软件工作机理图开发人机界面应用程序主要是将数控系统的操作界面显示在屏幕上，为系统用户提供一个直观的操作环境。虚拟轴机床系统控制的用户主界面如图7所示，此控制界面软件实现了部分的硬件软件化，将部分控制按钮和指示灯等硬设施转化为软件控制，同时可以根据需要添加多个I/O通道，具有良好的开放性和实时性。在系统操作主界面上，用户可以实时观测到虚拟轴研抛机床在工作过程中的运动坐标情况，也可以通过指示灯显示系统的工作状态，同时可以看到数控功能代码的输入

关键词：虚拟轴机床研抛并联机构自由曲面 PMAC 开放式数控系统 PID

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微小研抛机器人动力学仿真分析与运动实验

吉林大学学报（工学版） 2008年第2期38卷 349-353页

作者：谢哲东赵继张雷吉林大学机械科学与工程学院

针对所提出的一种可以在大型模具曲面上进行自主研抛作业的机器人结构,考虑其具有非完整约束的特点,建立了机器人的运动学关系。通过输入附加约束方程,利用Lagrange方法建立了微小研抛机器人多体系统动力学模型。通过动力学仿真分析,得... 详细信息

针对所提出的一种可以在大型模具曲面上进行自主研抛作业的机器人结构,考虑其具有非完整约束的特点,建立了机器人的运动学关系。通过输入附加约束方程,利用Lagrange方法建立了微小研抛机器人多体系统动力学模型。通过动力学仿真分析,得到了比较稳定的机器人动力学特性。运动实验结果表明,该微小研抛机器人在轨迹行走过程中具有较好的稳定性和准确性。

关键词：机械制造自动化微小研抛机器人多体系统动力学非完整约束动力学仿真

微型3-PSP并联机构的工作空间及运动学分析

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机械强度 2018年第4期40卷 915-922页

作者：谢哲东贾雨璇邵琦甘新基吉林农业大学工程技术学院长春130118 北华大学机械电子工程吉林132013

为满足在有限空间内实现对激光光束角度快速调节的需求,提出一种微型3-PSP空间并联机构,其中静平台的直径为Φ50 mm,机构整体高度范围为74 mm^80 mm;应用封闭环矢量法,建立并联机构运动学模型,得到机构运动学逆解;根据并联机构结构的几... 详细信息

为满足在有限空间内实现对激光光束角度快速调节的需求,提出一种微型3-PSP空间并联机构,其中静平台的直径为Φ50 mm,机构整体高度范围为74 mm^80 mm;应用封闭环矢量法,建立并联机构运动学模型,得到机构运动学逆解;根据并联机构结构的几何特性求解运动学正解;在运动学逆解的基础上,结合驱动杆行程及机构结构参数,利用数值搜索法分析该机构的工作空间,并在Matlab中建立数学模型,绘制其可达工作空间点集;最后利用Solid Works及Adams协同仿真,对3-PSP并联机构进行正运动学仿真,证明机构能够实现三个自由度的运动,且运动平缓,无突变点。

关键词：并联机器人逆运动学分析正运动学分析运动空间分析

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理论力学

理论力学

1957年

作者：黄钟德杨世福谢哲东郑宗仁合编

来源：汇雅图书（南通市图书馆... 评论

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汇雅图书（南通市图书馆）

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管道机器人的发展与展望

农业与技术 2016年第5期36卷 173-175页

作者：邵琦谢哲东吉林农业大学吉林长春130033

本文介绍管道机器人的发展历程,并从国内国外2个角度进行了详细的介绍。全文按行进装置的不同介绍了不同类型的管道机器人的机构特性及其应用领域。展望管道机器人未来的发展趋势。

关键词：管道机器人国内外发展应用领域发展趋势

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一种拉线式蛇形机器人设计与研究

中国农机化学报 2018年第8期39卷 33-36页

作者：焦海坤张添一谢哲东吉林农业大学工程技术学院长春市130118

蛇形机器人属于智能机器人的一种。通过对生物蛇的身形结构、爬行方式进行分析,对超冗余自由度进行合理匹配。提出一种拉线控制关节蛇形机器人,选择十字轴关节俯仰和侧航两个自由度并简化关节结构,具备空间灵活性强,响应快,成本低等优... 详细信息

蛇形机器人属于智能机器人的一种。通过对生物蛇的身形结构、爬行方式进行分析,对超冗余自由度进行合理匹配。提出一种拉线控制关节蛇形机器人,选择十字轴关节俯仰和侧航两个自由度并简化关节结构,具备空间灵活性强,响应快,成本低等优点。对运动控制系统进行初步设计,本着模块化、轻量化设计理念,对关节和驱动单元模块进行结构设计,并利用CATIA软件对整体机进行虚拟装配姿态仿真,测出实现蛇形机器人三维运动的所需主要尺寸参数,对质量进行估算。

关键词：蛇形机器人结构设计拉线十字轴关节

农业院校机械学科的先进制造技术实验教学的研究

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农业与技术 2019年第15期39卷 172-174页

作者：郭洪宇谢哲东吉林农业大学工程技术学院

先进制造技术是机械学科相关专业学生的一门比较重要的专业基础课程,而其实验教学是该门课程必修的部分,是将理论知识与实践操作结合的重要环节。本文主要针对农业院校中的机械学科专业在先进制造技术实验教学环节中普遍存在的“重理论... 详细信息

先进制造技术是机械学科相关专业学生的一门比较重要的专业基础课程,而其实验教学是该门课程必修的部分,是将理论知识与实践操作结合的重要环节。本文主要针对农业院校中的机械学科专业在先进制造技术实验教学环节中普遍存在的“重理论、轻实践”,对实验教学重视程度不足,相关实验教学师资力量薄弱,实验教学缺乏整体提升模块,缺少重要设备的资金投入等现状问题进行研究,并将吉林农业大学工程技术学院开设先进制造技术课程的专业作为研究对象,通过对先进制造技术实验教学的部分模式改进,从而使教学达到更加理想的效果。

关键词：农业院校机械学科先进制造技术课程实验教学

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蛇形机器人的研究与发展

农业与技术 2017年第19期37卷 80-82页

作者：谢哲东张添一吉林农业大学工程技术学院吉林长春130118

随着仿生技术的不断进步,机器人领域的不断拓展,仿生机器人的研究逐渐成为各位学者、专家关注的焦点,这也大大扩展了机器人的应用领域。本文阐述了蛇形机器人应用背景和发展现状,并根据当前国内外的研究现状对其展望了未来的发展趋势。

关键词：蛇形机器人国内外发展应用领域发展趋势

新工科背景下以学科竞赛为导向的农业院校工科学生创新实践能力培养的研究

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农业与技术 2018年第23期38卷 166-168页

作者：谢哲东郭洪宇吉林农业大学工程技术学院吉林长春130118

"新工科"概念自2016年提出以来,教育部组织高校进行了深入研讨,形成了"复旦共识"和"天大行动"。新工科是我国工程教育的新思维、新方式,对培养多元化、创新型的工程人才提出了更高要求。本文以新工科建设为背景,以学科竞赛为导向,对农... 详细信息

"新工科"概念自2016年提出以来,教育部组织高校进行了深入研讨,形成了"复旦共识"和"天大行动"。新工科是我国工程教育的新思维、新方式,对培养多元化、创新型的工程人才提出了更高要求。本文以新工科建设为背景,以学科竞赛为导向,对农业院校工科学生创新能力培养中的问题和解决方法,以及如何构建培养体系进行研究。并以农业大学工科学生为研究对象,从人才培养方案、实践教学模式和创新能力培育体系等方面对教育教学方式方法进行了探索。

关键词：新工科农业院校学科竞赛创新实践