近日，重大裝備設(shè)計與控制工程研究所郭為忠教授團隊首次提出基于運動副幾何約束失效的機構(gòu)誤差發(fā)生新機制，并提出機構(gòu)運動誤差節(jié)點（KEN）的新概念，進而系統(tǒng)建立了具有理論完備性的機構(gòu)誤差建模新方法。該團隊在國際機構(gòu)學(xué)期刊Mechanism and Machine Theory上發(fā)表了題為“A complete approach for error modeling based on failure of geometrical constraint and kinematic error node (KEN)”的研究論文。博士研究生李子岳為論文第一作者，郭為忠教授為通訊作者。
由于加工公差、裝配誤差、力的作用、溫度變化等因素，實際機構(gòu)不可避免地與理論模型之間存在差異，因此探索高效穩(wěn)定的精度解決方案成為當前機構(gòu)學(xué)研究的重要課題。論文定義了運動誤差節(jié)點的概念，并將其作為機構(gòu)誤差分析的基本單元，建立了從運動副和構(gòu)件的誤差源到機構(gòu)末端誤差的映射模型。
針對機構(gòu)的誤差溯源問題，研究團隊從機構(gòu)學(xué)層面對機構(gòu)誤差的產(chǎn)生機制進行了系統(tǒng)研究，首次提出機構(gòu)發(fā)生誤差的本質(zhì)在于機構(gòu)約束的失效。根據(jù)機構(gòu)的組成要素，團隊將誤差源細分為運動副幾何約束誤差、構(gòu)件幾何誤差和運動副活動度誤差三類，從理論層面全面揭示了誤差的產(chǎn)生和作用機理，確保了誤差源的理論完備性，為機構(gòu)的完備誤差建模奠定了堅實基礎(chǔ)。
針對機構(gòu)的誤差建模方法，研究團隊首次提出運動誤差節(jié)點概念，并將其作為機構(gòu)誤差分析的基本單元。通過運動誤差節(jié)點模型，實現(xiàn)了機構(gòu)學(xué)層面誤差源及其誤差發(fā)生的真實物理因素/過程的解耦，進而提出統(tǒng)一、通用、完備的遞歸性機構(gòu)誤差建模方法，為機構(gòu)的精度分析提供了完備的通用模型。
針對機構(gòu)誤差建模過程繁瑣且不直觀的問題，研究團隊提出了機構(gòu)運動誤差節(jié)點圖的繪制方法，通過串聯(lián)運動鏈和并聯(lián)運動鏈運動誤差節(jié)點圖的繪制，清晰地展示出機構(gòu)的誤差源分布狀況，為研究人員提供了形象直觀的圖形化工具。
該論文對機構(gòu)誤差溯源和作用機制進行了系統(tǒng)研究，首次實現(xiàn)了誤差建模中誤差參數(shù)的完備性。該研究提出的誤差建模方法作為一種誤差分析的通用框架，為現(xiàn)代機構(gòu)的精度分析和精度綜合提供了更為系統(tǒng)深入的解決路徑，將有力推動機器人、智能裝備等現(xiàn)代機械系統(tǒng)的誤差分析、精度設(shè)計與性能標定等領(lǐng)域深入發(fā)展。
郭為忠教授團隊致力于解決現(xiàn)代機構(gòu)學(xué)與并聯(lián)機器人領(lǐng)域的前沿基礎(chǔ)科學(xué)問題及其關(guān)鍵技術(shù)，旨在通過基礎(chǔ)理論突破，推動機器人與航空航天等重大工程應(yīng)用領(lǐng)域的裝備創(chuàng)新發(fā)展，近年來在Mechanism and Machine Theory、ASME Transactions-Journal of Mechanisms and Robotics、ASME Transactions-Journal of Mechanical Design等期刊上發(fā)表30余篇論文。
論文鏈接：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0094114X25000734
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