基于单元体机构的可重构并联机构设计及分析

【摘要】：为了满足工业生产中,对于拥有多种性能并联机构的需求,本文提出了利用单元体机构来设计可重构并联机构的新方法。根据所提出的方法,设计出若干种具有可重构特性的并联机构。针对可重构并联机构的轨迹追踪问题,搭建了一个可以实现对末端轨迹进行精确追踪的控制系统。提出了单元体思想,将平面四杆机构及其衍生机构视作平面单元体,通过将单元体衍化,构造出一系列平面可重构平台;依靠螺旋理论,将空间单环过约束机构视作空间单元体,将空间单环机构衍化到空间多环机构,从而构造出空间可重构平台。将可重构平台与并联机构相结合,从而设计出一系列可重构并联机构。利用平面初级可重构平台构造了可重构并联机构,并对该机构进行运动学、性能分析,证明了该机构拥有多种性能,并针对该可重构并联机构,提出相应的性能评价指标,对该机构进行了性能优化。利用平面二级可重构平台构造了可重构并联机构,并对该机构进行运动学、动力学和性能分析,证明了该机构拥有多种性能,并针对该可重构并联机构,搭建了其控制系统模型,实现末端轨迹的精确追踪。利用C1型可重构平台构造了可重构并联机构,并对该机构进行运动学、动力学和性能分析,证明了该机构拥有多种性能。针对该可重构并联机构,提出一个动力学性能指标,依靠该指标,对可重构并联机构进行了性能优化。利用F1C2型可重构平台构造了可重构并联机构,并对该机构进行运动学、动力学和性能分析,证明了该机构拥有多种工作性能。为了实现基于任务需求来确定可重构参数,利用BP神经网络构建了性能指标和可重构参数之间的联系,得到了较好的结果。以C1型可重构并联机构为例,针对单条支链采用自适应滑模控制,对于整体机构采用模糊PID控制,实现了对可重构并联机构单条支链的速度和位置追踪,最终实现了对可重构并联机构末端平台的轨迹的精确追踪。