基于 ADAMS 的 3-UPRP 并联机构的运动学分析及仿真

目的对3-UPRP并联机构进行运动学分析和仿真,验证其是否具有良好的运动学性能。方法运用修正的G-K公式计算出该机构的自由度,并且利用D-H法计算3-UPRP并联机构的位置解,利用虚设机构法求出3-UPRP并联机构的一阶影响系数,利用ADAMS对机构进行位移、速度、加速度的分析。结果得到了机构的位置解以及仿真后的速度、加速度等图像,图像曲线都呈现周期性、有规律的运动,曲线未出现突变点和断点,变化范围稳定。结论该机构具有较好的运动学性能,在包装机械等领域有很好的应用前景。     

并联机构虚拟样机的构建与仿真

通过以3-TPT并联机构作为研究对象,建立该并联机构的运动学正、逆解方程,并利用LabVIEW和MATLAB软件进行运动学逆解仿真,从而得到伸缩杆杆长理论变化曲线.在ADMAS/View环境中,构建该并联机构的虚拟样机,并对其进行运动仿真,得到各杆杆长的变化曲线.通过对比伸缩杆杆长理论变化曲线,验证了运动学逆解方程的准确性.同时也说明该并联机构在空间运动时,具有良好的平稳性.除此之外,利用虚拟样机技术对并联机床运动学进行研究,避免了复杂的数学建模与推导,从而大大缩减了运动学分析工作量.     

新型并联机器人的构型设计与运动学分析

目的针对袋装食品的抓取和装箱过程操作简单且重复性高,采用人工完成的成本过高,极易发生少装和错装的现状,设计一种以2-RPS-UPU并联机构为主体的抓取和装箱机器人,验证其是否具有良好的运动学性能。方法通过运用螺旋理论和修正的Grubler-Kutzbach公式对机构的自由度数目和类型进行分析,接着使用"闭环解析法"和"欧拉角表示法"2种方法推导该机构的运动学位置反解,采用粒子群优化算法对该机构进行位置正解算例分析。最后利用SolidWorks软件采用"驱动动静结合"的方法求解机构的工作空间。结果该机器人具有3个自由度(两转一移),驱动关节和末端执行器之间的位置及姿态关系明确,可以进行良好的线性运动,工作空间呈蜘蛛网状,范围广且形状规则对称,结构紧凑。结论该新型三自由度并联机器人能够满足袋装食品抓取和装箱时所需的运动和工作范围,其运动平稳,可靠性强。     

空间非对称全柔性三平移并联机器人机构性能分析

运用型综合单开链理论对新型非对称全柔性机器人机构的型进行了分析综合,并通过ADAMS软件进行了运动输出类型的验证;对该机构的运动学的位置正解进行了理论分析,得出机构运动的位置正解方程,对理论分析的结果也进行了仿真模拟;型综合与仿真结果证明机器人机构仅能实现三维的平动;位置正解理论分析与运动学仿真结果显示机构具有良好的运动解耦特性.为全柔性并联机器人机构的运动控制的易操作性打下坚实的理论基础.     

一种装箱作业并联机器人机构的运动性能

目的针对目前食品、药品等装箱作业要求,将一种新型二自由度平面并联机器人用于装箱生产线的作业机构,并对其进行运动性能研究,确定其能否满足生产要求。方法对并联机构进行运动学分析,建立并联机器人的雅可比矩阵,利用几何法求解位置正、逆解;引入稳定性、运动分辨率和刚度性能指标,对机构进行运动性能分析,绘制稳定性和运动分辨率在工作空间内的性能分布图谱,研究机构在竖直方向上的刚度性能。结果该并联机构在实际装箱作业中的运动性能较为稳定,抓取或者放置物体阶段具有较高精度,且竖直方向的刚度较高。结论该新型二自由度平面并联机器人能够满足产品的装箱作业,在实际装箱作业中取得了广泛应用。     

3-PUPU并联机构的运动学与工作空间分析

目的针对一种六自由度3-PUPU并联机构,对其运动性能和工作空间进行研究。方法利用修正的(G-K)公式对该并联机构动平台的自由度进行计算,并建立机构的逆运动学和正运动学特征方程式,然后利用Matlab/Simulink中的Sim Mechanics功能模块建立3-PUPU并联机构及结构框图,利用杆长的运动范围限制条件编程求得3-PUPU并联机构的工作空间。结果该并联机构的工作空间范围较大,形状规则,结构紧凑,无空洞。结论 3-PUPU机构具有良好的工作空间性能。     

一种新型3-UPRP并联机构的运动学分析

目的提出一种可以应用于柔性包装的新型3-UPRP并联机构。方法运用螺旋理论和G-K公式计算出该机构的自由度,然后基于位置逆解和机构的约束条件,运用Matlab编程求解机构的工作空间,最后利用Solid Works对机构进行位移、速度、加速度的分析。结果该机构具有两转一移的3个自由度,工作空间具有对称性。结论该机构具有良好的工作空间,运行平稳,没有太大的速度变化,可以广泛应用于工业自动化中的柔性包装等过程。     

基于2-UPR/UPRR并联机构装盒装置的运动性能分析

目的针对生产线上一类小包装84消毒液的装盒工序,提出一种基于2-UPR/UPRR并联机构的简易装盒装置,对该并联机构进行运动性能分析。方法基于螺旋理论对2-UPR/UPRR并联机构的自由度进行分析,并利用闭环矢量法算出该机构的位姿逆解;然后利用一阶影响系数法求解出该机构的速度关系式及雅可比矩阵,并利用ADAMS软件对其运动性能进行仿真分析;最后应用数值搜索法求解出该机构的工作空间。结果该机构的自由度为2R1T,动平台质心速度变化曲线光滑平稳,且始终保持在600 mm/s以内,实际装盒工作空间为一个尺寸为400 mm×400 mm的规则矩形。结论该并联机构的运动性能优异,能满足生产线上对小包装84消毒液的装盒要求,提高了生产效率。     

(2-RPU/RPS)&R混联机构的工作空间及其分拣应用

目的 针对包装生产线上需对食品、电子元器件等产品进行分拣的功能需求,提出一种新颖的(2-RPU/RPS)&R混联机构.方法 基于螺旋理论建立2-RPU/RPS并联机构的螺旋矩阵,并用修正的Kutzbach-Grübler公式对所得自由度数进行验证.通过机构的结构特征建立约束方程,并采用闭环矢量法求出机构的位置逆解.然后利用粒子群优化(PSO)算法分析机构的位置正解.最后采用数值搜索法求解机构的可达工作空间.结果 (2-RPU/RPS)&R混联机构具有4个自由度(3R1T).在PSO算法实例中,分析得到了动平台位置正解的数值解和适应度曲线,工作空间连续且无空洞,满足分拣活动范围的需求,在给出的应用实例中表明(2-RPU/RPS)&R混联机器人能很好地应用于手机包装生产线中物体的分拣和抓取等工作.结论 (2-RPU/RPS)&R混联机构运动学性能良好、工作空间大、运行平稳,适用于包装生产线上具有不同方位的物品的分拣功能需求.     

三平动并联机构动力学建模与工作空间分析

目的 以可以实现空间三维平动的3-UPU并联机构为研究对象, 对其进行运动学建模、 动力学建模以及工作空间和动力学仿真。方法 通过几何法建立机构的运动学模型, 同时使用拉格朗日方法建立3-UPU并联机构的动力学模型, 最后采用优化后的极限边界搜索法, 建立并分析并联机器人的工作空间, 求解工作空间的面积。在工作空间和速度与加速度的约束下, 采用五次样条曲线进行轨迹规划, 利用Matlab进行逆运动学与逆动力学建模与仿真。结果 通过对动力学建模仿真与工作空间的分析可知,该机构有较大和对称的工作空间, 同时拥有相对简单的动力学方程和较好的动力学性能。结论 3-UPU并联机构在工业自动化柔性包装、 搬运与加工装配中, 有广泛的应用前景。     

3-PUPU并联机构的运动学分析与仿真

目的对一种新型6自由度3-PUPU并联机构进行运动学分析和仿真,验证其是否具有良好的运动学性能。方法首先基于螺旋理论对3-PUPU机构的自由度进行分析,通过修正(G-K)公式对其自由度进行计算。然后利用雅可比矩阵,研究3-PUPU机构执行末端和各部件主要节点的速度和加速度的运动学参数。最后将Solid Works软件建立好的模型导入ADAMS软件中进行位移、速度和加速度的分析。结果通过ADAMS得到的各项参数的曲线都呈周期性变化,曲线并未出现突变点和断点,变化范围稳定。结论 3-PUPU并联机构的运动学性能良好,具有很强的可靠性。     

新型四自由度3T1R并联机器人机构运动学分析与优化设计

目的 针对自动化生产线分拣需求,提出一种新型四自由度的三平移一转动（3T1R）并联机器人机构。方法 根据方位特征集设计理论验证并联机器人机构的运动性质。利用机构的构型特点建立运动学方程模型,对其进行位置正解和逆解的分析,通过数值法搜索得到并联机器人机构的工作空间图形和转动能力等高线图。同时分析并联机器人机构的雅可比矩阵JX以及奇异性。最后以工作空间最大化作为适应度函数,基于遗传算法对机构结构尺寸进行最优化分析。结果 该机构操作空间具有规则形状、无空洞、较大的特点,优化后的并联机器人机构工作空间性能提升45%。结论 操作空间内运动灵活性较好,优化后工作空间性能得到显著改善。在电子包装自动化生产线搬运分拣领域具有较好的应用前景。     

基于有限和瞬时旋量理论的Exechon并联机器人运动学分析

运动学分析是并联机构性能分析、建模和优化设计的基础。传统的运动学分析方法中并联机构的拓扑模型与速度模型只能单独构建,无法揭示其内在联系,导致运动学模型的构建不够全面和准确;另外,以现有运动学性能指标作为运动学优化目标时,存在平转耦合机构运动学评价指标的物理意义不明确等问题。为此,以一平动两转动(1T2R)的Exechon并联机器人为研究对象,利用有限和瞬时旋量(finite and instantaneous screw, FIS)理论对其拓扑、运动学建模进行研究。根据FIS理论中的微分映射关系,在统一的数学框架下建立Exechon并联机器人的拓扑模型和速度模型,得到其速度和力雅克比矩阵。在此基础上,以可解析分析机构运动奇异性的虚功率传递率作为运动学性能指标,来有效评价Exechon并联机器人的运动/力传递性能。给定一组Exechon并联机器人模型的尺寸参数,借助MATLAB分析该机器人的局部虚功率传递率分布情况。研究结果为并联机构的性能分析与建模提供了参考,为Exechon并联机器人的优化设计奠定了理论基础。     

RPR/RRPR球面并联机构的建模与工作空间分析

目的提出一种RPR/RRPR球面并联机构,用于球面外包装的喷绘和雕刻。方法对RPR/RRPR球面并联机构进行数学模型的建立,分析机构的正运动学和逆运动学解。根据运动学分析,使用Matlab和SolidWorks软件分别绘制机构2支链支撑杆在不同夹角下机构参考点的可达工作空间,并分析可达工作空间的变化规律。结果 RPR/RRPR球面并联机构在一个对称的可达空间内,可达工作空间的面积随2支链支撑杆的夹角的增大而增大。结论 RPR/RRPR球面并联机构用于球面外包装的喷绘与雕刻,结构简单且运动性能良好,具有较大的工作空间,可以提高球面外包装喷绘和雕刻工序的效率。     

3-CUR并联分拣机器人的运动学分析与仿真

目的我国传统的食品生产行业,以人工分拣为主,自动化程度低,需耗费大量的劳动力,设计一种3-CUR并联机器人,用于食品生产的快速分拣。方法运用螺旋理论分析了该机构的自由度数目和类型,并且用修正的Grubler-Kutzbach公式对该机构的自由度进行了验证。接着使用D-H运动链参数表示法和欧拉角表示法,求解该机构的位置反解,采用三维动态法和Matlab软件对该并联分拣机器人的工作空间进行了分析与仿真,最后利用ADAMS软件对该机器人的运动性能进行了仿真分析。结果该机构可以实现一平(沿z轴的平动)两转(绕x轴y轴的转动)的运动,工作空间大,可达范围广,没有出现奇异点,末端执行器各参数的运动曲线呈有规律的周期性变化,可满足分拣机器人所需的运动和工作范围。结论该机构运动性能优越,稳定性好,具有良好的工作空间,可实现食品生产过程中的高速自动扫描和分拣,在包装自动化领域具有潜在的应用价值。     

含有闭环的并联贴标机构运动学分析

目的为了提高贴标机构的通用性,解决流水线上不同倾斜面上的贴标问题,提出一种含有闭环的并联贴标机构,并进行运动学分析,研究其自由度和工作空间,验证其作为贴签机构的可行性。方法建立并联机构三维模型,利用螺旋理论分析机构的自由度,使用闭环矢量法求出机构的运动学逆解方程。利用Matlab的计算功能,采用空间极限搜索法求解机构的工作空间,绘制机构的工作空间,并分析机构在不同点的最大旋转角度。结果该并联机构拥有2个移动,1个旋转自由度;工作空间紧凑无空洞,形状规则;垂直方向大部分工作空间最大转角可达90°。结论该并联机构结构简单,垂直方向转角大,动平台旋转中心易调;结合并联机构固有的刚度大、结构稳定、惯性小的优点,可以高效地完成流水线上不规则产品贴标工序的贴标任务。     

UPS+UPR+S并联机构伴随运动及正逆解分析

目的针对二自由度的UPS+UPR+S并联机构对该并联机构是否具有伴随运动以及对该并联机构的位姿正逆解进行分析。方法通过旋转变化矩阵得到相应向量的表达式,并建立约束方程验证是否具有伴随运动。对该机构进行正逆解分析,通过遗传算法求得机构的部分正解并与逆解相互验证,并通过实例进行验证分析,得到最佳个体、最佳适应度、多样性值和每代个体得分结果。结果该机构不存在伴随运动,正解与逆解所得结果相差较小,数据可以相互吻合。正解实例得到的最佳个体为-0.267和0.31,结果与反解相互验证,最佳适应度逐渐减小,获得了每代得分和每代个体得分情况。结论机构不存在伴随运动,性能较好,由正逆解相互吻合可知正逆解的正确性。     

含闭环球铰的三自由度并联机构工作空间分析

目的 提出一种SPR+UPS+UPR非对称并联机构,用于不同类型产品的贴标与喷码。方法 首先用SolidWorks对机构进行三维建模;然后用螺旋理论和修正的G-K公式计算机构的自由度;并用封闭矢量环法求出机构的位置逆解;最后用三维动态法和Matlab编程求出该机构的可达工作空间。结果 SPR+ UPS+UPR并联机构共有两转一移3个自由度,且运动性能良好。结论 该机构可用于不同类型产品的贴标与喷码,降低了成本,提高了效率。