基于单元体机构的可重构并联机构设计及分析
发布时间：2021-01-18 00:02
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...
【文章来源】：北京交通大学北京市 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：159 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
Bennettpiano-spherical支链奇异位型136jFig.l-2ThesingularconfigurationsoftheBennettpiano-sphericallinkagel61
－；丨辦，｜?３?ｃｍ?｜??图１－４模块化可重构系统（ＢＲＡＩＤ）ｔ５Ｇ］??Ｆｉｇ．?１－４?Ｍｏｄｕｌａｒ?ｒｅｃｏｎｆｉｇｕｒａｂｌｅ?ｓｙｓｔｅｍ?（ＢＲＡＩＤ）?［５°３??通过对关节的约束，改变支链结构，也是实现机构可重构化的一种方法［５３＿５８］。??Ｋｒｏｖｉ［５９］等提出了一种基于单自由度耦合连续支链（ＳＤＣＳＣ）的可重构机构，这个机??构可以用来辅助援救。该机构通过约束连续杆件的转动关节，从而实现构型的多??样性。如图１－５所示，Ｃａｒｂｏｎａｒｉ［１Ｑ］等利用３－ＣＰＳ机构设计出了一种可重构并联机??床；该机床分为旋转部分和平移部分，通过这两个部分相互配合，来实现零件的??加工任务；通过锁定转动机构的不同关节，实现转动部分在多种运动模式之间的??切换，从而实现机构的可重构化。如图１－６所示，Ａｚｕｌａｙ【６Ｑ］等设计出了一个包含所??有运动模式的冗余并联机构加工系统，通过锁定或者释放不同的运动关节，可以??实现在多种运动模式之间切换，满足不同的加工需求。Ａｇｈｉｌｉ［６１］等通过驱动被动关??节，将原有机构的拓扑形式进行改变，将机构实现了可重构化，从而满足在不同??任务下的需求。Ｆｉｓｈｅｒ［６２］等通过锁定或者释放冗余关节，设计出了一种可重构平面??并联机构，使该机构可以在多种自由度数目之间切换。??
Ｆｉｇ．?１－６?Ａｃｔｕａｔｉｏｎ?ｓｃｈｅｍａ?ｏｆ?ｔｈｅ?ｃｏｎｆｉｇｕｒａｔｉｏｎｓ１６＾??通过添加其他机构或者直接改变并联机构的尺寸参数，来获取多种性能指标，??也是构造可重构并联机构的方法［６３］。Ｋａｒｉｎ＾６４］等提出一种可重构并联机构，可以??通过改变基座的尺寸和形状来规避运动空间中的奇异位型，同时避免完成特定任??务时的杆件碰撞问题。Ｃ〇ｐｐ〇ｌａ［６５ｌ等将并联机构和齿轮系结合起来，设计出了一种??可重构混联机构，通过基座的齿轮系的转动，可以实现机构在多种构型下的连续??变换，从而获得不同的性能指标。２１１〇１＾［６６＿６９］等在三自由度并联机构的基座安装了??可以提供水平移动的移动副，通过移动副的运动，可以实现改变并联机构的尺寸??参数，从而实现了并联机构的可重构化。Ｃｈｉ［７Ｇ］等将３－ＲＰＳ并联机构安装在一个可??展的并联机构之上，通过中间电机的驱动，实现３－ＲＰＳ并联机构的展开，从而改??变并联机构的构型，实现了将３－ＲＰＳ并联机构的可重构化。Ｚｈａｎｇ［７１＿７３］等通过在并??联机构上添加一条被动支链，由该被动支链对并联机构的平台提供约束螺旋，并??通过控制该被动支链，实现并联机构在多种自由度模式间切换，将并联机构可重??构化。??
【参考文献】：
期刊论文
[1]助老助残四足/两足可重构并联腿步行机器人运动学建模与仿真[J]. 王洪波,徐桂玲,张典范,胡星. 燕山大学学报. 2010(06)
[2]一种PID模糊控制器（fuzzy PI+fuzzy ID型）[J]. 李庆春,沈德耀. 控制与决策. 2009(07)
[3]基于串并联机构的自重构移动机器人[J]. 王巍,张厚祥,邓志诚,宗光华,傅华蕾. 机械工程学报. 2008(05)
[4]用于可重构地面移动机器人的主动球铰[J]. 邓志诚,王巍,宗光华. 北京航空航天大学学报. 2006(12)
[5]可重构星球探测机器人的机构设计[J]. 贺鑫元,马书根,李斌,王越超. 机械工程学报. 2005(12)
[6]可重构PKM模块的选型原则——理论与实践[J]. 黄田,李曚,吴孟丽,梅江平,赵学满,Hu S.Jack. 机械工程学报. 2005(08)
[7]KINEMATIC DESIGN OF A RECONFIGURABLE MINIATURE PARALLEL KINEMATIC MACHINE[J]. D J Whitehouse. Chinese Journal of Mechanical Engineering. 2003(01)
博士论文
[1]一类可重构并联机构的结构设计方法与运动学分析[D]. 叶伟.北京交通大学 2016
[2]变胞并联机构的结构设计方法与运动特性研究[D]. 张克涛.北京交通大学 2010
本文编号：2983854
【文章来源】：北京交通大学北京市 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：159 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
Bennettpiano-spherical支链奇异位型136jFig.l-2ThesingularconfigurationsoftheBennettpiano-sphericallinkagel61
－；丨辦，｜?３?ｃｍ?｜??图１－４模块化可重构系统（ＢＲＡＩＤ）ｔ５Ｇ］??Ｆｉｇ．?１－４?Ｍｏｄｕｌａｒ?ｒｅｃｏｎｆｉｇｕｒａｂｌｅ?ｓｙｓｔｅｍ?（ＢＲＡＩＤ）?［５°３??通过对关节的约束，改变支链结构，也是实现机构可重构化的一种方法［５３＿５８］。??Ｋｒｏｖｉ［５９］等提出了一种基于单自由度耦合连续支链（ＳＤＣＳＣ）的可重构机构，这个机??构可以用来辅助援救。该机构通过约束连续杆件的转动关节，从而实现构型的多??样性。如图１－５所示，Ｃａｒｂｏｎａｒｉ［１Ｑ］等利用３－ＣＰＳ机构设计出了一种可重构并联机??床；该机床分为旋转部分和平移部分，通过这两个部分相互配合，来实现零件的??加工任务；通过锁定转动机构的不同关节，实现转动部分在多种运动模式之间的??切换，从而实现机构的可重构化。如图１－６所示，Ａｚｕｌａｙ【６Ｑ］等设计出了一个包含所??有运动模式的冗余并联机构加工系统，通过锁定或者释放不同的运动关节，可以??实现在多种运动模式之间切换，满足不同的加工需求。Ａｇｈｉｌｉ［６１］等通过驱动被动关??节，将原有机构的拓扑形式进行改变，将机构实现了可重构化，从而满足在不同??任务下的需求。Ｆｉｓｈｅｒ［６２］等通过锁定或者释放冗余关节，设计出了一种可重构平面??并联机构，使该机构可以在多种自由度数目之间切换。??
Ｆｉｇ．?１－６?Ａｃｔｕａｔｉｏｎ?ｓｃｈｅｍａ?ｏｆ?ｔｈｅ?ｃｏｎｆｉｇｕｒａｔｉｏｎｓ１６＾??通过添加其他机构或者直接改变并联机构的尺寸参数，来获取多种性能指标，??也是构造可重构并联机构的方法［６３］。Ｋａｒｉｎ＾６４］等提出一种可重构并联机构，可以??通过改变基座的尺寸和形状来规避运动空间中的奇异位型，同时避免完成特定任??务时的杆件碰撞问题。Ｃ〇ｐｐ〇ｌａ［６５ｌ等将并联机构和齿轮系结合起来，设计出了一种??可重构混联机构，通过基座的齿轮系的转动，可以实现机构在多种构型下的连续??变换，从而获得不同的性能指标。２１１〇１＾［６６＿６９］等在三自由度并联机构的基座安装了??可以提供水平移动的移动副，通过移动副的运动，可以实现改变并联机构的尺寸??参数，从而实现了并联机构的可重构化。Ｃｈｉ［７Ｇ］等将３－ＲＰＳ并联机构安装在一个可??展的并联机构之上，通过中间电机的驱动，实现３－ＲＰＳ并联机构的展开，从而改??变并联机构的构型，实现了将３－ＲＰＳ并联机构的可重构化。Ｚｈａｎｇ［７１＿７３］等通过在并??联机构上添加一条被动支链，由该被动支链对并联机构的平台提供约束螺旋，并??通过控制该被动支链，实现并联机构在多种自由度模式间切换，将并联机构可重??构化。??
【参考文献】：
期刊论文
[1]助老助残四足/两足可重构并联腿步行机器人运动学建模与仿真[J]. 王洪波,徐桂玲,张典范,胡星. 燕山大学学报. 2010(06)
[2]一种PID模糊控制器（fuzzy PI+fuzzy ID型）[J]. 李庆春,沈德耀. 控制与决策. 2009(07)
[3]基于串并联机构的自重构移动机器人[J]. 王巍,张厚祥,邓志诚,宗光华,傅华蕾. 机械工程学报. 2008(05)
[4]用于可重构地面移动机器人的主动球铰[J]. 邓志诚,王巍,宗光华. 北京航空航天大学学报. 2006(12)
[5]可重构星球探测机器人的机构设计[J]. 贺鑫元,马书根,李斌,王越超. 机械工程学报. 2005(12)
[6]可重构PKM模块的选型原则——理论与实践[J]. 黄田,李曚,吴孟丽,梅江平,赵学满,Hu S.Jack. 机械工程学报. 2005(08)
[7]KINEMATIC DESIGN OF A RECONFIGURABLE MINIATURE PARALLEL KINEMATIC MACHINE[J]. D J Whitehouse. Chinese Journal of Mechanical Engineering. 2003(01)
博士论文
[1]一类可重构并联机构的结构设计方法与运动学分析[D]. 叶伟.北京交通大学 2016
[2]变胞并联机构的结构设计方法与运动特性研究[D]. 张克涛.北京交通大学 2010
本文编号：2983854
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