6自由度3-PRPS并联机器人运动规划分析及仿真

6自由度3-PRRS机构是基于Stewart平台设计出来的一种特殊构型的新型并联机构。为了准确分析该机构运动学特性并从运动规划角度研究机构关键参数与机构运动的关系,建立了有效的运动学模型对机构进行分析,给出了位置反解,同时面向工程应用提出了运动规划,然后利用ADAMS软件进行仿真分析。其中建立了不同平台尺寸比率k的模型,对动平台施加运动来观察、研究比率k的变化对连杆运动产生的影响,给出了3-PRRS机构关键参数比率k与机构运动的关系。分析结果为该类型机构位置反解研究提供了可行路径,避免了大量的数学计算和编程工作,提高了工作效率;并有助于在3-PRRS机构设计中,针对不同应用场景合理选择不同的参数模型。     

3-PRPS并联机构的位置正解及应用研究

以3-PRPS并联机构为研究对象,以机构上平台3 个顶点之间的长度为约束条件,建立约束方程,研究该并联机构正解的封闭解形式,并求解了机构的全部位置正解。基于3-PRPS并联机构自身的结构特点,运用向量之间的内积与外积,求解了机构的位置反解。对正反解的研究结果进行了数值验证,正解的计算结果与反解的计算结果相吻合。最后,研究了该机构在车船用并联机构减振平台方面的应用,并进行了运动学仿真,仿真结果表明该机构具有良好的减振性能。     

6—3型Stewart平台并联机构的运动学正解

针对6—3型Stewart平台并联机构运动学正解的问题,提出了一种新型的快速数值解法,该数值法能得到一个精确的惟一解。该方法主要是利用了6—3型Stewart平台的运动学反解的一些特性,得到一个有关杆长的微变量与动平台的微变量之间的线性方程式。再通过叠加杆长的连续的微小变量,得到6—3型Stewart平台的运动学正解。最后以反解为已知条件,通过算例进行了验证。同时采用Mathematica符号软件来提高求解位姿的计算效率。     

6-3型Stewart平台并联机构的运动学正解

针对6-3型Stewart平台并联机构运动学正解的问题,提出了一种新型的快速数值解法,该数值法能得到一个精确的惟一解。这种方法主要是利用了6-3型Stewart平台的运动学反解的一些特性,得到一个有关杆长的微变量与动平台的微变量之间的线性方程式。再通过叠加杆长的连续的微小变量,得到6-3型Stewart平台的运动学正解。最后以反解为已知条件,通过算例进行了验证。同时采用Mathematica符号软件来提高求解位姿的计算效率。     

3-RPRS并联机构的运动学及仿真研究

以3-RPRS并联机构为研究对象,机构动平台3个顶点之间的长度为约束条件,建立约束方程,研究该并联机构正解的封闭解形式;运用欧拉角描绘物体运动的Z-Y-X型坐标变换法将动平台顶点坐标转换到定坐标系中,求解了位置反解。对正反解结果进行数值验证,并进行了ADAMS运动学仿真,验证数值计算正反解的结果是正确的。最后,研究了该机构在跳跃机器人关节中的应用,并进行了运动学的仿真,结果表明该机构有类似蛙跳的功能。     

6-PUS并联机构的运动学正解分析

对6-PUS并联机构的运动学问题进行了分析,着重研究其运动学正解的求解方法。对动平台的位姿变量进行解耦处理,将位置变量表达为姿态变量的函数形式;利用Cayley公式、位置向量的转换关系得到了3个关于姿态变量的约束方程;求解约束方程组得到姿态变量,进而求得位置变量。算例验证了方法的正确性和有效性。     

3支链6自由度并联机构位置分析

提出一种新型的3支链6自由度并联机构，并对其进行位置正解和反解分析。首先利用三角平台型并联机构的位置正解方法，分析该机构的位置正解，得到位置正解的封闭方程，其次用解析法对机构进行位置反解分析，得到封闭的位置反解方程，并给出数值实例，绘制了机构的工作空间形状。     

一般6-SPS并联机构运动学正解的解析化方法

研究了一般6-SPS并联机构动平台位置变量与姿态变量之间的耦合关系,将9个变量中的6个变量用其余的3个变量表达,将位置变量表达为姿态变量的线性组合。运用Grbner基算法,得到了15个只含有剩余3个变量的相容方程;采用正交补方法进行消元,最终将一般6-SPS并联机构的运动学正解问题表达为一元20次代数方程。这样的一元20次代数方程有多个,经过验证,它们都是同解的。     

2-(CRR)2R结构降耦并联机构及其运动学分析

提出一种能实现三移动一转动(3T1R)的新型完全对称4-CRU并联机构,其4条支链结构完全相同。基于单开链理论及结构降耦原理,对4-CRU并联机构进行结构降耦设计,得到耦合度κ=1的低耦合度2-(CRR)_2R并联机构。其优点在于动平台由两条混合支链并联构成,且支链完全对称,机构姿态转角相对较大。2-(CRR)_2R并联机构耦合度降为1,极大地降低了机构位置正解的难度,有利于机构运动学分析。根据该机构的几何关系与运动约束,建立位置正解的一维搜索模型,再应用黄金分割法求出全部高精度位置正解。推导出机构位置逆解方程,应用数值实例验证了位置正、逆解的正确性。采用矢量法对机构动平台速度及加速度进行分析,得出速度及加速度正、逆解,并利用MATLAB软件编程进行数值计算。同时,应用Adams进行运动学仿真分析,验证了自由度分析的正确性;其运动学分析曲线与MATLAB计算结果一致,表明文中建立的解析模型和分析方法是正确、可行的。     

基于G_F集理论的三转动四支链并联机构构型综合

针对并联机构位置正解复杂的问题,基于G_F集理论提出了一种具有三转动运动特征的四支链并联机构构型方法,此类并联机构通过一条支链确定动平台的位置;通过另外三条支链确定动平台姿态。介绍了G_F集的基本概念和运算法则,建立了并联机构数综合方程。根据各支链的末端特征进行支链设计,根据G_F集运算法则得到并联机构G_F集的各种组合方式。在所有并联机构组合中选取RRPS/3-SPS并联机构为研究对象,对其进行运动学分析,通过对机构进行位置正反解的分析发现,此类并联机位置分析的正反解都很容易,解决了并联机构位置正解难的问题,为以后的运动学分析提供了很大的便捷。     

基于拓扑结构分析的求解6-SPS并联机构位置正解的研究

建立机构拓扑结构复杂性和位置正解求解难易性的关系,提出按机构耦合度k大小来分类求解并联机构位置正解全部实数解的数值法,可使正解问题求解容易,具体内容包括：对39种不同构型的6-SPS并联机构,按6种基本机型、33种衍生机型的拓扑结构及其耦合度值分为k=0、1、2、3四类,分析得到了动平台边数、支链类型影响耦合度k值大小的规律。对不同k值的并联机构的位置正解求解指明明确的求解方向,即：对k=0的机构可容易地直接求解其解析正解;对k>0的机构,通过虚设k个SPS型支链,使之转化为k=0的虚拟并联机构,并基于杆长条件建立k个仅含一个变量的杆长相容性方程,再采用k维搜索法求出实数解。以六自由度球面Stewart机构为例,给出了求解耦合度k=1的任意6-DOF SPS并联机构位置正解全部实数解一维搜索法的具体步骤。这种基于拓扑结构分析的6-SPS并联机构位置正解求解的数值法,求解原理简单,计算量小,且具有一般意义。     

新型6-PRRS并联机器人工作空间与结构参数研究

针对一种新构型的6-PRRS并联机器人,研究了该机构中长杆、短杆、固定平台、动平台结构参数的变化对其工作空间的影响.根据此类并联机器人工作空间形状的特点,提出一种比较简便的工作空间大小比较方法.不同的结构参数对应于不同的工作空间,通过机构参数影响的分析,为此类并联机器人的应用与设计提供直接的依据.     

一种新型6-PRRS并联机器人工作空间分析

基于运动学逆解求取了并联机器人理论工作空间,在此基础上通过判断杆件间的干涉情况、虎克铰转角情况、杆件与运动平台之间的干涉关系修正了工作空间,获得了实际工作空间.通过上述方法计算得到的6-PRRS并联机器人工作空间具有较好的实用性.     

新型4自由度并联机器人运动学分析

研究一种新型3-RRUR并联机器人,这类并联机器人结构简单对称,刚度大,可用于实现高精度装配,也可用来开发力传感器或构造并联机床以及微动机器人,且分支中不含移动副,便于使用维护。首先利用螺旋理论,建立分支运动螺旋系,然后求解各分支对运动平台的约束螺旋,分析约束螺旋系,在此基础上确定3-RRUR并联机器人的自由度数是4,自由度性质为三维移动和一维转动,转动轴线垂直于固定平台与3个分支相连接的运动副轴线所在的平面。再以反螺旋理论为基础,采用刚化驱动运动副后分析运动平台所受约束性质和约束相关性的方法,给出合理的输入方案。并结合自由度性质分析,建立约束方程,进行运动学正反解,给出相应的算例。研究结果将对推动此类机器人的应用起重要作用。     

一种新型6-PRRS并联机器人正解研究

介绍了一种新型的6-PPRS并联机器人,位置正解是该并联机器人的重要研究内容,讨论了人工神经网络在其位置正解求解中的应用.在BP网络中,利用位置逆解结果作为样本,经过学习训练,找到输入滑块与运动平台的非线性映射关系,最终求得并联机器人的位置正解.采用迭代计算进行误差补偿的方法,提高正解精度.计算结果表明,该法迭代次数少、精度高,算例验证了解法的有效性与可行性.     

一种可重构、部分运动解耦的空间n维平移1维转动并联机构的拓扑及其运动学设计

根据基于方位特征(POC)方程的并联机构拓扑设计理论与方法,提出了一种动平台可重构的三自由度并联机构RPa3R-R+RSS。对该机构的运动输出特性进行分析,表明该机构动平台能产生空间n维平移1维转动（nT1R,n=2,3）的输出运动且具有部分运动解耦性,通过动平台的重构可赋予动平台的转动绕3个特定转动轴x、y、z输出;计算了机构的自由度和耦合度;基于序单开链的运动学建模原理,建立了该机构动平台绕任意转动轴输出构型下的通用运动学模型;对动平台绕z轴转动输出构型下的运动学进行了分析,包括位置正反解、工作空间形状与大小、动平台转动能力、机构的奇异位形条件,以及机构的速度和加速度计算与仿真分析。     

3自由度并联机器人的运动学与动力学分析

对一种空间 3 自由度并联机器人(3-RRS 并联机器人)进行运动学和动力学分析.此并联机器人的机构由一个动平台和一个静平台通过3个同样的转动副一转动副一球面副的支链组成.完全描述此并联机器人动平台的位置和姿态需要6个变量,即平台上一参考点的3个位移和3个转角.由于此并联机器人拥有2个转动自由度和1个移动自由度,所以,在动平台的6个位姿变量中只有3个变量是独立的.首先,推导此种并联机器人动平台的6个位姿参数之间的约束关系,给出这些变量之间的解析表达式.然后,基于Lagrange方程建立此并联机器人的动力学模型.在此基础上,通过算例分析驱动构件角速度、驱动力/力矩和能耗的变化规律.这些内容为进一步研究此种空间并联机器人的动态性能、机构优化设计和系统控制等都有非常重要的意义.     

基于结构降耦的一类低耦合度新型3T1R并联机构的拓扑设计

四自由度的可实现SCARA型（三平移一转动）输出运动的并联机构,与三自由度的Delta机构相比,因其本身的拓扑结构复杂,导致运动学正解以及动力学计算复杂,从而使其新机型的研究和开发应用相对困难;而降低这些机构的耦合度（简称结构降耦）可直接降低机构运动学、动力学求解的难度。根据笔者提出的机构结构降耦方法,对笔者最近提出的一类5个耦合度值κ为2且具有较好实用价值的SCARA型新型并联机构进行了结构降耦优化,得到了耦合度较低（降为κ=1）但自由度和动平台输出运动类型均保持不变的10个SCARA新机型,而这10个低耦合度（κ=1）机构的运动学正解及动力学正反解,可用一维搜索法方便求得数值解,或从易导出的1个一元高次代数方程求得封闭解,为其进一步构型拓扑优化、设计及应用研究奠定了基础。