题目：3PRS/UPS冗余并联机床协调控制研究

并联机床具有刚度重量比大、响应速度快、适合于复杂型面加工、机床结构简单、技术附加值高、机床部件便于模块化设计和批量生产等优点。但并联机床的工作空间非常小，尤其是姿态空间，并联结构机器人的刚度相对于串联机器人刚度高，但作为并联机床的实际刚度并不高。此外，由于并联机床的运动副多数为铰链，铰链的精度、间隙和接触刚性等问题，使得并联机床的实际精度和刚性大大降低。所以，工作空间小、实际可达到的精度和刚性低是影响并联机床实用化的主要原因。为提高并联机床的工作空间，改善并联机床的精度和刚性，提出了一种新型冗余驱动并联机床。针对该机床，提出了构建基于冗余支链力控制的协调控制系统来实现机床的协调运动；研究改善并联机床的运动精度和刚性的理论和方法。首先，本文对3PRS/UPS冗余驱动并联机床进行了分析。推导了机床的位置协调关系和速度协调关系。为了实现机床的协调运动同时为研究力对机床的性能的影响作用。提出了基于冗余支链力控制的3PRS/UPS 冗余并联机床协调控制系统。构建了控制系统的硬件结构。在此基础上设计了UPS冗余支链阻抗力控制器，对3PRS/UPS冗余并联机床协调控制系统进行了仿真研究，结果表明阻抗控制器具有较好的鲁棒性和稳定性。深入分析了Turbo PMAC控制卡的运动学实现机理，提出了基于运动学的力控制方法，该方法简单可行，可控性好，易于实现和修改。在硬件结构的基础上，开发了3PRS/UPS冗余并联机床的控制系统软件结构，软件系统采用主从分布式结构体系，控制系统的软件包括系统管理模块、运动控制模块、和力控制模块。在此基础上分析了机床运动的实现，支链的理论受力状况等。基于矢量代数的环路矢量法及过定位系统精度分析法，建立了冗余驱动3PRS/UPS并联机床位姿误差正解模型。同时对间隙误差采用概率论的方法进行了分析，给出了间隙误差的分布。分析了内力对机床精度的影响，结果表明适当的内力可以有效提高系统精度。对内力对刚度的影响进行了分析，给出了冗余驱动并联机床的刚度模型，在此基础上分析了内力对系统刚度的影响，并给出了计算实例。综合分析表明，内力对于冗余并联机床的精度和刚度有着一定的改善作用。最后，为了验证控制系统的可靠性和稳定性及力对并联机床的精度和刚度的影响作用，设计制造了两自由度冗余驱动并联验证机构。设计了机构的协调控制系统。进行了运动控制试验，结果表明该控制系统具有一定可靠性和稳定性。对有内力和无内力情况下，进行了机构定位精度、重复定位精度和刚度测试试验。结果表明，适当的内力可以提高系统的定位精度，同时对机构的刚度有一定的提高。该试验机构的试验表明基于冗余支链力控制的协调控制系统可以实现冗余驱动并联机床的有效控制。同时为内力改善机构的性能的研究提供了理论和试验基础。