专利摘要
本发明公开了一种五自由度串并混联机构的精度调节方法，包含以下步骤：S1、分别建立三根立柱（42、52、62）的坐标系，测量三根立柱上的滑块（43、53、63）移动的轨迹，拟合滑块移动的空间直线的方向向量，根据空间直线的方向向量安装第一根立柱，使其与固定平台上平面垂直；S2、根据空间直线的方向向量安装第二根立柱，使其与第一根立柱所在空间直线的方向向量平行；S3、根据空间直线的方向向量安装第三根立柱，使其与一个表征第一根立柱和第二根立柱实际方向的公共方向向量平行；S4、安装X-Y二维工作台（32），使其所在平面与一个表征第一根立柱、第二根立柱与第三根立柱实际方向的公共方向向量垂直。本发明能够充分减少累积误差，提高精度。
权利要求
1.一种五自由度串并混联机构的精度调节方法，其特征在于，具体包含以下步骤：
S1、建立三根立柱（42、52、62）每根立柱的坐标系，测量三根立柱（42、52、62）上的滑块（43、53、63）移动的轨迹，拟合三根立柱（42、52、62）上滑块（43、53、63）移动的空间直线Lj 的方向向量 ，以固定平台（1）上平面为基准，根据空间直线L1的方向向量 安装第一根立柱（42），使其与固定平台（1）上平面垂直；
S2、根据空间直线L2的方向向量 安装第二根立柱（52），安装过程中，边调节边测量第二根立柱（52）的方向，使其与第一根立柱（42）所在空间直线L1的方向向量 平行；
S3、根据空间直线L3的方向向量 安装第三根立柱（62），安装过程中，边调节边测量第三根立柱（62）的方向，使其与一个表征第一根立柱（42）和第二根立柱（52）实际方向的公共方向向量 平行；
S4、安装X-Y二维工作台（32），边调节边测量，使其所在平面与一个表征第一根立柱（42）、第二根立柱（52）与第三根立柱（62）实际方向的公共方向向量 垂直。
2.根据权利要求1所述的五自由度串并混联机构的精度调节方法，其特征在于：步骤S1中，每个立柱的坐标系由每个立柱上的三个不在同一直线上的标准球(41、46、49；51、56、59；61、66、69)的球心坐标建立。
3.根据权利要求2所述的五自由度串并混联机构的精度调节方法，其特征在于：步骤S2和S3中，每根立柱的实际方向由每根立柱上的三个不在同一直线上的标准球(41、56、69；51、56、59；61、66、69)表征，调节过程只测量球心坐标。
4.根据权利要求3所述的五自由度串并混联机构的精度调节方法，其特征在于：步骤S1中所述滑块（43、53、63）移动的轨迹表征方法为，分别测量三根立柱（42、52、62）上的滑块（43、53、63）上的标准球（45、55、65）在有效行程内等间距的N个位置时球心坐标 （ ），记 到空间直线Lj的距离为 ，根据最小二乘法拟合空间直线Lj的方向向量 ，具体算法为
令：
（a）
使Mj达到最小，根据最小二乘法可得空间直线Lj方程及方向向量 。
5.根据权利要求4所述的五自由度串并混联机构的精度调节方法，其特征在于：根据第二个立柱（52）与第三个立柱（62）的实际方向，得滑块（53、63）上的标准球（55、65）在有效行程内等间距的N个位置时球心坐标 ，将坐标 转化到与第一根立柱42的实际位置处滑块43在有效行程内等间距的N个位置时的坐标 在同一坐标系中，得 。
6.根据权利要求5所述的五自由度串并混联机构的精度调节方法，其特征在于：用坐标 与 ，拟合一个表征第一根立柱（42）和第二根立柱（52）的公共方向向量 ，具体方法为
令：
（b）
（b）式中， 为滑块（43、53）上的标准球（45、55）的球心到空间直线 的距离，空间直线 、 具有相同的方向，即方向向量 ，空间直线 、 分别通过待定的点 ，使M4达到最小，根据最小二乘法可得第一根立柱（42）和第二根立柱（52）的公共方向向量 。
7.根据权利要求6所述的五自由度串并混联机构的精度调节方法，其特征在于：用坐标 、 与 ，拟合一个表征第一根立柱（42）、第二根立柱（52）与第三根立柱（62）的公共方向向量 ，具体方法为
令：
（c）
式中， 为滑块（43、53、63）上的标准球（45、55、65）的球心到空间直线 的距离，空间直线 、 、 具有相同的方向，即方向向量 ，空间直线 、 、 分别通过待定的点 ，使M5达到最小，根据最小二乘法可得第一根立柱（42）、第二根立柱（52）与第三根立柱（62）的公共方向向量
根据权利要求1所述的五自由度串并混联机构的精度调节方法，其特征在于：步骤S4中，X-Y二维工作台（31）上设置三个标准球（32，33，34）作为基准，调节过程只测三个标准球（32，33，34）的球心坐标。
8.根据权利要求1所述的五自由度串并混联机构的精度调节方法，其特征在于：步骤S4中，X-Y二维工作台（31）上设置三个标准球（32，33，34）作为基准，调节过程只测三个标准球（32，33，34）的球心坐标。
9.根据权利要求1-8之一所述的五自由度串并混联机构的精度调节方法，其特征在于：每个立柱上的三个标准球中的两个标准球(41、46；51、56；61、66)上下分布，固定在三根立柱（42、52、62）的上下两端。
10.根据权利要求9所述的五自由度串并混联机构的精度调节方法，其特征在于：所述的测量三根立柱上的滑块移动的轨迹的方法为：在三根立柱（42、52、62）上的滑块（43、53、63）分别固定一个标准球（45、55、65），坐标 ， 为测量标准球（45、55、65）的球心坐标得到。
说明书
技术领域
本发明属于机构精度调节领域，涉及一种五自由度串并混联机构的精度调节方法，具体涉及一种3-PRS-X-Y串并混联机构。
背景技术
3-PRS-X-Y串并混联机构是由3-PRS并联机构与X-Y二维工作台相结合的一种机械结构形式，3-PRS并联机构是整个机构的核心部分。3-PRS并联机构如图2所示，由定平台、动平台和三条完全相同的支链组成，每一条支链包含一个连杆、移动副（P）、转动副（R）和球面副（S）。并联机构的典型结构是六自由度的Stewart机构。并联机构的优点是传动链短、结构简单、刚度大、精度高、切削效率高、模块化程度高等，缺点是并联机构的工作空间小。五自由度的串并混联机构则克服了并联机构的缺点，充分结合了串联与并联机构的优点，具有工作空间大、控制简单等特点。
精度是机构工作质量优劣的主要指标之一，是决定加工设备能否满足实际应用要求的关键因素。从机构学角度看，并联机构具有精度高的优点，但在实际应用中受加工及安装误差等因素影响，混联机构的实际参数和理想参数总是存在差异，建立的运动学模型准确性差，降低了混联机构的实际精度，无法精确地实现预期设计的目标。
现实表明，研究人员对混联机构的运动和控制领域的研究不断深入，对混联机构的运动学解析和数值解法不断改进，其性能不断提高；但是，安装过程操作误差或外界不确定因素干扰，将直接导致并联机构导轨位置的空间位置偏移，影响机构的运行与控制精度。
发明内容
本发明针对目前安装与调节过程操作误差等技术问题，提供一种五自由度串并混联机构的精度调节方法，通过以已安装部件为共同参照，反复拟合的方法，减小零部件制造误差与安装误差的影响，提高了机构整体精度。
本发明采取的技术方案是：
一种五自由度串并混联机构的精度调节方法，具体包含以下步骤：
S1、建立三根立柱每根立柱的坐标系，测量三根立柱上的滑块移动的轨迹，拟合三根立柱上滑块移动的空间直线Lj 的方向向量 ，以固定平台上平面为基准，根据空间直线L1的方向向量 安装第一根立柱，使其与固定平台上平面垂直；
S2、根据空间直线L2的方向向量 安装第二根立柱，安装过程中，边调节边测量第二根立柱的方向，使其与第一根立柱所在空间直线L1的方向向量 平行；
S3、根据空间直线L3的方向向量 安装第三根立柱，安装过程中，边调节边测量第三根立柱的方向，使其与一个表征第一根立柱和第二根立柱实际方向的公共方向向量 平行；
S4、安装X-Y二维工作台，边调节边测量，使其所在平面与一个表征第一根立柱、第二根立柱与第三根立柱实际方向的公共方向向量 垂直。
进一步，步骤S1中，每个立柱的坐标系由每个立柱上的三个不在同一直线上的标准球的球心坐标建立。
进一步，步骤S3中，每根立柱的实际方向由每根立柱上的三个不在同一直线上的标准球表征，调节过程只测量球心坐标。
进一步，所述滑块移动的轨迹表征方法为，分别测量三根立柱上的滑块上的标准球在有效行程内等间距的N个位置时球心坐标 （ ），记 到空间直线Lj的距离为 ，根据最小二乘法拟合空间直线Lj的方向向量 ，具体算法为
令：
（a）
使Mj达到最小，根据最小二乘法可得空间直线Lj方程及方向向量 。
进一步，根据第二个立柱与第三个立柱的实际方向，得滑块上的标准球在有效行程内等间距的N个位置时球心坐标 ，将坐标 转化到与第一根立柱42的实际位置处滑块43在有效行程内等间距的N个位置时的坐标 在同一坐标系中，得 。
进一步，用坐标 与 ，拟合一个表征第一根立柱和第二根立柱的公共方向向量 ，具体方法为
令：
（b）
（b）式中， 为滑块上的标准球的球心到空间直线 的距离，空间直线 、 具有相同的方向，即方向向量 ，空间直线 、 分别通过待定的点 ，使M4达到最小，根据最小二乘法可得第一根立柱和第二根立柱的公共方向向量 。
进一步，用坐标 、 与 ，拟合一个表征第一根立柱、第二根立柱与第三根立柱的公共方向向量 ，具体方法为
令：
（c）
式中， 为滑块上的标准球的球心到空间直线 的距离，空间直线 、 、 具有相同的方向，即方向向量 ，空间直线 、 、 分别通过待定的点 ，使M5达到最小，根据最小二乘法可得第一根立柱、第二根立柱与第三根立柱的公共方向向量 。
进一步，步骤S4中，X-Y二维工作台上设置三个标准球作为基准，调节过程只测三个标准球的球心坐标。
进一步，每个立柱上的三个标准球中的两个标准球上下分布，固定在三根立柱的上下两端。
再进一步，所述的测量三根立柱上的滑块移动的轨迹的方法为：在三根立柱上的滑块分别固定一个标准球，坐标 ， 为测量标准球的球心坐标得到。
本发明具有的有益效果是：
1）目前很多测量设备，如三坐标测量机可直接测得球心坐标，本发明采取用球心坐标代替滑块坐标的测量方式，方便测量，提高测量精度。
2）本发明用三个球心坐标来表征滑块移动的轨迹拟合空间直线的实际方向，方便测量，减少测量次数。
3）本发明中每根立柱上固定的两个标准球的距离远，可有效减小球心坐标测量误差的影响，有利于提高精度。
4）本发明根据滑块移动的实际轨迹进行拟合，充分考虑了滑块移动轨迹偏离空间直线引起的误差，提高了精度。
5）本发明实现过程，以第一根立柱实际方向为参考，安装第二根立柱；以第一根立柱和第二根立柱实际方向为参考，安装第三根立柱；以第一根立柱、第二根立柱和第三根立柱的实际方向为参考，安装X-Y二维工作台，充分减少了累积误差，提高了精度。
附图说明
图1为本发明精度调节方法流程图；
图2为本发明机构结构简图。
其中，1为定平台 2为动平台 3为X-Y二维工作台部件
31为X-Y二维工作台 32为标准球 33为标准球 34为标准球
4为第一支链 5为第二支链 6为第三支链
41为标准球 51为标准球 61为标准球
42为第一根立柱 52为第二根立柱 62为第三根立柱
43为滑块 53为滑块 63为滑块
44为圆柱铰 54为圆柱铰 64为圆柱铰
45为标准球 55为标准球 65为标准球
46为标准球 56为标准球 66为标准球
47为第一连杆 57为第二连杆 67为第三连杆
48为球铰 58为球铰 68为球铰
49为标准球 59为标准球 69为标准球。
具体实施方式
以下结合附图及较佳实施例，对依据本发明提供的具体实施方式、结构、特征及其功效，详细说明如下：
如图1~2所示，本发明结合3-PRS-X-Y串并混联机构，提供了一种五自由度的精度调节方法，具体实现方法如下。
三根立柱42、52、62上有三个可以移动的滑块43、53、63，三个滑块43、53、63上固定三个标准球45，55，65，三根立柱42、52、62上固定三个标准球41、46、49；51、56、59；61、66、69，其中两个标准球41、46；51、56；61、66上下分布，固定在三根立柱42、52、62的上下两端。
精度调节方法步骤如下：
S1、建立三根立柱42、52、62每根立柱的坐标系，每个立柱的坐标系由每个立柱上的三个标准球41、46、49；51、56、59；61、66、69的球心坐标建立，测量三根立柱42、52、62上的滑块43、53、63移动的轨迹，滑块43、53、63移动的轨迹通过测量滑块43、53、63上的标准球45、55、65在有效行程内等间距的N个位置时球心坐标 表征，拟合三根立柱42、52、62上滑块43、53、63移动的空间直线Lj方向向量 。测量每根立柱上的三个标准球41、46、49；51、56、59；61、66、69的球心坐标，可得滑块43、53、63的移动轨迹空间直线Lj与三根立柱42、52、62各自坐标系间的空间位置关系。
以固定平台1上平面为基准，根据空间直线 的方向向量 安装第一根立柱42，安装过程中，边安装边测量三个标准球41、46、49的球心坐标，使第一根立柱42与固定平台1上平面垂直，根据第一根立柱42上的三个标准球41、46、49的球心坐标与滑块43的移动轨迹直线间的空间位置关系，转化可得第一根立柱42的实际位置处滑块43在有效行程内等间距的N个位置时坐标 。
S2、根据空间直线L2的方向向量 安装第二根立柱52，安装过程中，边调节边测量三个标准球51、56、59的球心坐标，使第二根立柱52的方向与第一根立柱42拟合空间直线的方向向量 平行，根据第二根立柱52上的三个标准球51、56、59的球心坐标与滑块53的移动轨迹直线间的空间位置关系，转化可得第二根立柱52的实际位置处滑块53上的标准球55的球心在有效行程内等间距的N个位置时坐标 。
S3、根据第二个立柱52的实际方向，利用坐标转换方法，将坐标 转化到与 在同一坐标系中，得 ，用坐标 与 ，根据最小二乘法，拟合一个表征第一根立柱42和第二根立柱52的公共方向向量 。
根据空间直线L3的方向向量 安装第三根立柱62，安装过程中，边调节边测量三个标准球61、66、69的球心坐标，使第三根立柱62的方向与表征第一根立柱42和第二根立柱52的公共方向向量 平行，根据第三根立柱62上的三个标准球61、66、69的球心坐标与滑块63的移动轨迹直线间的空间位置关系，转化可得第三根立柱62的实际位置处滑块63上的标准球65的球心在有效行程内等间距的N个位置时坐标 。
S4、根据第三个立柱62的实际方向，将坐标 转化到与 在同一坐标系中，得 ，用坐标 、 与 ，根据最小二乘法拟合一个表征第一根立柱42、第二根立柱52与第三根立柱62的公共方向向量 。
安装X-Y二维工作台32，X-Y二维工作台31上设置三个标准球32，33，34作为基准，边调节边测量三个标准球32，33，34，使X-Y二维工作台31所在平面与公共方向向量 垂直。
调节过程中涉及到的坐标转换方法为
式中， —两坐标系原点平移向量，R—旋转矩阵。
调节过程中，拟合空间直线方程Lj 及方向向量 的方法为
记坐标 到空间直线Lj的距离为 ，具体算法为
令
设空间直线Lj的参数方程
式中，坐标 为空间直线Lj上待定的一点，空间直线Lj表示三个滑块43、53、63上固定的三个标准球45，55，65的轨迹直线，以空间直线Lj为法线做过球心 的平面，可以解得
两点间距离可化为
使Mj达到最小，根据最小二乘法可得空间直线Lj方程及方向向量 。
调节过程中，拟合一个表征第一根立柱42和第二根立柱52的公共方向向量 ，具体算法为
令
设空间直线 的参数方程
式中，坐标 , 为滑块43、53上的标准球45，55的球心到空间直线 的距离，空间直线 、 具有相同的方向，即方向向量 ，空间直线 、 分别通过待定的点 ，
使M4达到最小，根据最小二乘法可得第一根立柱42和第二根立柱52的公共方向向量 。
调节过程中，拟合一个表征第一根立柱42、第二根立柱52与第三根立柱62的公共方向向量 ，具体算法为
令
设空间直线 的参数方程
式中，坐标 ， 为滑块43、53、63上的标准球45，55，65的球心到空间直线 的距离，空间直线 ， ， 具有相同的方向，即方向向量 ，空间直线 ， ， 分别通过待定的点 ,使M5达到最小，根据最小二乘法可得拟合一个表征第一根立柱42、第二根立柱52与第三根立柱62的公共方向向量 。
本发明具有的有益效果是：
1）目前很多测量设备，如三坐标测量机可直接测得球心坐标，本发明采取用球心坐标代替滑块坐标的测量方式，方便测量，提高测量精度。
2）本发明用三个球心坐标来表征滑块移动的轨迹拟合空间直线的实际方向，方便测量，减少测量次数。
3）本发明中每根立柱上固定的两个标准球的距离远，可有效减小球心坐标测量误差的影响，有利于提高精度。
4）本发明根据滑块移动的实际轨迹进行拟合，充分考虑了滑块移动轨迹偏离空间直线引起的误差，提高了精度。
5）本发明实现过程，以第一根立柱实际方向为参考，安装第二根立柱；以第一根立柱和第二根立柱实际方向为参考，安装第三根立柱；以第一根立柱、第二根立柱和第三根立柱的实际方向为参考，安装X-Y二维工作台，充分减少了累积误差，提高了精度。
以上所述的详细说明只是针对本发明的较佳应用实例而已，仅仅是为方便技术人员能清楚理解，并非对本发明作任何形式上的限制，本领域的技术人员对本发明的技术内容做局部修改，等同变化或修饰，都落在本发明的保护范围之内。
一种五自由度串并混联机构的精度调节方法专利购买费用说明
Q：办理专利转让的流程及所需资料
A：专利权人变更需要办理著录项目变更手续，有代理机构的，变更手续应当由代理机构办理。
1：专利变更应当使用专利局统一制作的“著录项目变更申报书”提出。
2：按规定缴纳著录项目变更手续费。
3：同时提交相关证明文件原件。
4：专利权转移的，变更后的专利权人委托新专利代理机构的，应当提交变更后的全体专利申请人签字或者盖章的委托书。
Q:专利著录项目变更费用如何缴交
A：（1）直接到国家知识产权局受理大厅收费窗口缴纳,（2）通过代办处缴纳，（3）通过邮局或者银行汇款,更多缴纳方式
Q：专利转让变更，多久能出结果
A：著录项目变更请求书递交后，一般1-2个月左右就会收到通知，国家知识产权局会下达《转让手续合格通知书》。
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