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前言：

并聯加工中心是上世紀90年代中期發展起來的一種新概念加工中心，這種加工中心將機構學理論、并聯機器人技術和CNC技術相結合，和傳統加工中心相比，具有剛度重量比大、累計誤差小、動態性能好、結構緊湊和復雜曲面加工能力強等優點:雖然并聯加工中心優點很多，但是由于其驅動桿多，互相牽制，導致其存在運動范圍小，回程范圍有限的缺點,

混聯加工中心的出現彌補了并聯加工中心的諸多缺點，對混聯機床的研究，從加工靈活度和加工效率的角度出發，其并聯模塊應具備很高的轉動靈活度，以動平臺轉動能力達到90。為最佳,而這是傳統并聯機構的局限性所在，比較有名的s_pnill

Z³并聯主軸頭〃¹的轉動能力也僅為⁴〇_^:>:可見，在保證髙剛度的前提下突破傳統并聯機構擺角受限是加工中心的研發過程中亟待突破的問題。本文提出的大擺角五軸聯動混聯機床的并聯模塊也同屬于少自由度并聯機構中的三自由度并聯機構，能實現兩維移動和一維轉動，其刀具可以實現更大的轉動角度，擺角范圍為（-40° ~90°)。和傳統的tricept機器人相比擺角范圍更大，實現五個面的加工工作，而且剛度大、結構穩定性更好將此并聯模塊與兩自由度運動平臺組合形成大擺角的五軸聯動混聯加工中心，解決了傳統CNC加工中心及現有并/混聯加工中心刀具擺角受限的弊端，可以方便地對空間復雜工件進行立臥轉換、五面精密加工，目前雖然有該類機床的專利及文章的研究，但是對運動學分析一直是研究的重點，而位置正運動學的研究一直是研究的難點。

對加工中心正運動學的求解方法主要有兩類方法：解析法和

數值法，解析法主要是消去加工中心約束方程中的未知參數，使方程降低維數，最終求解位置正解，解析法優點是可以求出所有可能解，不需要設定初始值，但公式推導復雜且對求解精度有較髙要求^;〈。數值解法優點在于建模過程簡單，不需要繁瑣的公式推導，但計算速度慢，而且機構在接近奇異位置時不易收斂，也不能求解出其全部的解，結果和初始值的選取有直接的關系^g :本文提出_種大擺角五軸聯動混聯加工中心機構的模型，并根據其結構模型的特點，提出兩種求解位置正解的方法，一種是解析法，該解析法運用桿長關系推導計算公式，求得其位置正解.，另_種方法是基于liP神經網絡方法來分析位置正解，BP神經網絡是將位置逆解結果作為訓練樣本，采用levenberg~marquardt算法[¹⁽* ,實現了從關節變量空間到加工中心工作空間的非線性映射關系，從而求得加工中心位置正解。神經網絡法和傳統的解析法、數值法相比具有運算量小、推導簡單、耗時少的特點..，

1大擺角五軸聯動混聯加工中心構型的提出

1-1加工中心并聯模塊的坐標系建立

文中涉及的大擺角五軸聯動混聯加工中心的機構構型，三維模型如圖1所示：圖2為該加工中心的并聯模塊示意圖，該加工中心主要包括加工中心底座1、底座導軌4、并聯模塊、末端刀具16、移動導軌平臺⁵及轉動工作臺3等部分；并聯模塊包括：立柱l、ll、III,兩個運動分支、動平臺及各運動副，各部分形成一個空間并聯閉環機構；第一分支為I’UU型運動支鏈，包含移動副和虎克鉸；第二分支由四條相同的I’RR支鏈、連接塊6組成，連接塊通過轉動副K和加工中心動平臺相連。包含連桿1111、連桿11112、連桿IV13、連桿V14。記第一分支為PUU型運動支鏈的桿長為I:,記第二分支的II —V四條驅動支鏈桿長為，山+=2~5)點丄到七..1,的垂直距離記為2&,邊丄= 2",動平臺為正方形，邊長記為：W,連接塊也為正四邊形，且鉸接點從、込與鉸接點認、/)₄的距離記為〃,，鉸接點認、/>₄到動平臺的垂直距離記為</,刀桿長度為/,,、以點」，所在矩形幾何中心建立慣性坐標系 o-%yz, 記為*U},轉動工作臺的坐標系與慣性坐標系重合記為_〇1 ,記為{B},

動平臺質心處建立刀具動坐標系〇₂i₂y₂2₂記為{C}。

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結束語：

根據大擺角五軸聯動混聯加工中心并聯模塊的結構特點，以并聯模塊中各個驅動支鏈之間的距離為約束條件，運用解析法,求解并聯模塊的正運動學解,，給定實例進行_ln:lt lab模擬仿真，求出位置正解值。然后采用BP神經網絡來求解位置正解：建立多層前向神經網絡，以運動學逆解為訓練樣本，采用levenberg^marquardt算法，可實現并聯模塊從關節變量空間到加工中心刀具工作空間的非線性映射，避免復雜的非線性方程的求解：網絡訓練后的工作階段，運算量較小，符合加工中心工作的實時在線性要求：訓練后的精度能夠滿足加工中心精度要求，而且還可實現該加工中心刀具的任務空間控制或是求解加工中心刀具的工作空間。

采用解析法求解加工中心并聯模塊位置正解時，可求出全部可能的解，但是公式推導和編程計算繁雜，耗時長，HP神經網絡與解析法相比，在計算精度上差別很小，且不需要復雜公式推導和大量計算，就可以對位置正解進行求解：因此，本文提出的兩種方法適用于大多數的并聯機構的位置正解的求解，B1’神經網絡求解精度滿足加工中心精確控制的要求，可用誤差補償的方法來進一步提升計算精度

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一種大擺角五軸聯動混聯加工中心位置正解的神經網絡分析法

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