【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及重載多自由度成形裝置構型設計領域，更具體地說，涉及一種單動力源重載多自由度成形裝置構型設計方法。
技術介紹
1、相較于串聯機構，并聯機構的多鏈閉環結構使其具備承載能力強、剛度大、精度高等優點，特別適用于重載成形裝置的執行系統。重載成形裝置研發的首要任務是設計符合運動自由度/運動軌跡需求的構型，即并聯機構構型綜合。目前，多種型綜合方法被學者提出，主要包括基于旋量理論、位移群理論、虛擬環路法和poc集方法等。上述方法綜合的并聯機構通常配置多個執行器來實現精確和任意的空間運動，導致機械和控制系統復雜，成本高。
技術實現思路
1、本專利技術要解決的技術問題在于，提供一種單動力源重載多自由度成形裝置構型設計方法，該方法可以實現單動力源重載多自由度成形裝置的構型綜合及尺度綜合，在實現特定需求運動的同時，保證了裝置的低控制、低成本、高速度。
2、本專利技術解決其技術問題所采用的技術方案是：構造一種單動力源重載多自由度成形裝置構型設計方法，包括以下步驟：
3、s1、根據特定空間運動軌跡，確定單動力源重載多自由度成形裝置動平臺的運動自由度需求，構建運動平臺與驅動器之間的廣義映射模型，推導單動力源重載多自由度成形裝置的設計約束條件；
4、s2、基于單動力源重載多自由度成形裝置動平臺的自由度需求與旋量系互易關系，建立機構運動旋量系、約束旋量系，在此基礎上確立單動力源重載多自由度成形裝置的支鏈約束旋量系及運動旋量系；
5、s3、結合單動力源重載
6、s4、任取等自由度數目的支鏈進行組裝，綜合出全部全對稱的單動力源重載多自由度成形裝置構型；
7、s5、建立特定構型下單動力源重載多自由度成形裝置全局速度雅可比矩陣，基于全局運動誤差最小化優化可變結構參數；
8、s6、最終得到滿足特定運動軌跡的單動力源重載多自由度成形裝置構型及參數。
9、按上述方案，在所述步驟s1中，空間任意運動用運動旋量來表征，公式如下：
10、
11、式中，smp表示特定空間運動的運動旋量系統，smpi表示空間運動的旋量；特定空間運動的旋量系統的秩為所需裝置的自由度；根據機構運動平臺與驅動關節的映射關系，確定單動力源重載多自由度成形裝置的運動約束條件；基于旋量理論，機構運動平臺與支鏈關節運動關系表示為：
12、
13、式中，sp表示運動平臺的運動旋量，表示第i支鏈中第j關節的單位運動旋量，ξij表示第i支鏈中第j關節的瞬時速度幅值；
14、運動平臺運動與驅動關節的速度關系為：
15、
16、式中，表示機構第i支鏈的驅動力旋量；
17、定義單動力源重載多自由度成形裝置運動平臺的輸出速度與執行器的輸入速度的關系為：
18、
19、根據公式(4)，確定單動力源重載多自由度成形裝置的設計約束條件。
20、按上述方案，單動力源重載多自由度成形裝置的設計約束條件包括：
21、(1)單動力源重載多自由度成形裝置的支鏈必須是耦合的；
22、(2)單動力源重載多自由度成形裝置的驅動關節為驅動移動關節、驅動搖桿關節或驅動曲柄關節；當輸出運動為周期循環運動時，驅動關節為曲柄；
23、(3)主動支鏈的數量等于輸出運動的自由度。
24、按上述方案，在所述步驟s2中，進行單動力源重載多自由度成形裝置的構型過程，球面轉動運動的運動旋量表示為：
25、
26、基于旋量互易關系，機構運動平臺的約束旋量系表示為：
27、
28、機構運動平臺的約束旋量系與支鏈的約束旋量系滿足如下關系：
29、
30、式中，表示第i支鏈的約束旋量系；
31、結合公式(6)和(7)，面向球面機構的支鏈約束旋量系表示為：
32、
33、支鏈的運動旋量系表示為：
34、
35、將式(11)、(12)和(13)中的運動螺釘進行線性組合，即得滿足運動要求的肢體。
36、按上述方案，在所述步驟s4中，單動力源重載多自由度成形裝置由以下兩種方式構成：(1)任取3條支鏈自由度為3/4/5的支鏈組成；(2)任取3條自由度為6的支鏈為主動支鏈再選擇一條自由度為3支鏈為被動支鏈組成。
37、按上述方案，在所述步驟s5中，根據桿長不變條件，幾何約束條件表示為：
38、
39、式中，表示rss支鏈中上球鉸的位置矢量，bi表示下球鉸的位置矢量；
40、構建機構速度雅可比矩陣如下：
41、
42、按上述方案，根據運動學分析，影響運動精度的結構參數總數為16個，包括轉動副r分布半徑ra及角度αi,上、下球鉸分布半徑rb、rc及角度βi、γi，桿長li以及動平臺高度h；簡化的參數組表達如下：
43、pset＝{ra?rb?rc?l}
44、
45、準確實現既定運動是優化設計的總目標；
46、min?f＝max(|g(ra,rb,rc,l)-f|β∈[0,2π])
47、
48、按上述方案，在所述步驟s6中，定點運動表示為：
49、
50、定點運動的旋量表征為：
51、
52、實施本專利技術的單動力源重載多自由度成形裝置構型設計方法，具有以下有益效果：
53、本專利技術提出一種單動力源重載多自由度成形裝置構型設計方法，綜合出一類通過單個電機驅動，可以實現特定需求運動軌跡的成形機構。首先基于特定運動需求確定待綜合機構的基本自由度需求，接著通過建立機構廣義運動學模型，推導單動力源重載多自由度成形裝置機構的約束條件，然后基于旋量理論及約束條件綜合滿足要求的機構支鏈，并裝配為單動力源重載多自由度成形裝置。綜合設計出的機構僅需單個電機輸入即可實現特定運動需求。單動力源重載多自由度成形裝置具有傳動鏈少，結構簡單，傳動效率高等特點，可實現高速特定運動，同時控制簡單。
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1.一種單動力源重載多自由度成形裝置構型設計方法，其特征在于，包括以下步驟：
2.根據權利要求1所述的單動力源重載多自由度成形裝置構型設計方法，其特征在于，在所述步驟S1中，空間任意運動用運動旋量來表征，公式如下：
3.根據權利要求2所述的單動力源重載多自由度成形裝置構型設計方法，其特征在于，單動力源重載多自由度成形裝置的設計約束條件包括：
4.根據權利要求1所述的單動力源重載多自由度成形裝置構型設計方法，其特征在于，在所述步驟S2中，進行單動力源重載多自由度成形裝置的構型過程，球面轉動運動的運動旋量表示為：
5.根據權利要求1所述的單動力源重載多自由度成形裝置構型設計方法，其特征在于，在所述步驟S4中，單動力源重載多自由度成形裝置由以下兩種方式構成：(1)任取3條支鏈自由度為3/4/5的支鏈組成；(2)任取3條自由度為6的支鏈為主動支鏈再選擇一條自由度為3支鏈為被動支鏈組成。
6.根據權利要求1所述的單動力源重載多自由度成形裝置構型設計方法，其特征在于，在所述步驟S5中，根據桿長不變條件，幾何約束條件表示為：
<...【技術特征摘要】
1.一種單動力源重載多自由度成形裝置構型設計方法，其特征在于，包括以下步驟：
2.根據權利要求1所述的單動力源重載多自由度成形裝置構型設計方法，其特征在于，在所述步驟s1中，空間任意運動用運動旋量來表征，公式如下：
3.根據權利要求2所述的單動力源重載多自由度成形裝置構型設計方法，其特征在于，單動力源重載多自由度成形裝置的設計約束條件包括：
4.根據權利要求1所述的單動力源重載多自由度成形裝置構型設計方法，其特征在于，在所述步驟s2中，進行單動力源重載多自由度成形裝置的構型過程，球面轉動運動的運動旋量表示為：
5.根據權利要求1所述的單動力源重載多自由度成形裝置構型設計方法，其特征在于，在所述步驟s4中，單動力源重載多自由度成形裝置由以...
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