2TIR型少自由度并联机器人新构型及其运动

目的通过运动学分析,完善并联机器人理论,优选设计2TIR型新型并联机器人机构,解决并联机器人产业化关键技术．方法用添加约束法实现二维平动和一维转动的并联机器人构型设计。并对新构型进行约束分析和自由度计算;对新型3自由度并联机器人作位置分析和速度分析。用空间坐标转换理论推导出机构的雅可比矩阵;通过仿真方法描绘出机构的运动曲线、结果通过计算分析,用添加约束法作出的3种新构型3-TPS／RPP、3-TPS／CP和3-TPs／RUp。证明都具有3个自由度,能实现二维平动和一维转动．建立了新构型机构的位置正、反解计算方程．计算雅可比矩阵,求出速度反解．结论该类并联机器人的速度较平稳,可控性良好、3种2TIR型少自由度并联机器人新构型能实现预定的运动,具有良好的运动性能,可以进一步开发和应用．     

并联机器人机构研究现状分析

并联机器人是20世纪80年代新兴起的机电及计算机控制相结合的先进技术,具有串联机器人机构无法比拟的优点.文中对并联机器人机构的起源、主要特点、应用领域,以及理论研究内容等方面进行了概述,同时指出了一些有待深入解决的主要问题.     

并联机器人的理论及应用研究

并联机构刚度大，承载能力强，精度高，运动惯性小，备受人们关注。对并联机器人的理论、应用研究及国内外发展现状进行了详尽综述，指出并联机器人理论及应用研究领域有待深入开展的研究工作方向。     

一类新型空间并联机器人的构型设计与位置分析

突破了传统并联机器人结构创新设计的思维定势,提出了空间并联机器人构型创新设计的新思路,该设计思路主要包括三个步骤:根据具体设计需求选择合适的平面并联机构,并将其替代传统空间并联机器人的动平台;对选择出来的平面并联机器人进行必要的改进,使其满足并联机器人的一般性设计原则,然后选择适当的支路(或运动链)来连接动、静平台;对设计出来的结果进行分析、判断和优选,得到满足设计要求的新型并联机器人机构.并利用该方法提出了一类新型空间并联机器人机构,该机构具有运动学分析简单、控制方便等优点.     

基于制造工艺性的正交结构微操作并联机器人一体化结构设计

提出了微操作并联机器人的一体化结构设计,论述了一体化结构的特点和设计原则,分析了正交结构微操作并联机器人机构特性,给出了微操作并联机器人一体化结构设计步骤,以正交结构6-PSS微操作并联机器人一体化结构为例讨论了其工艺性,最后给出了其它正交结构微操作并联机器人一体化结构．     

新型3-TPS并联机器人平行机构的约束与运动学分析

目的为完善并联机器人理论．解决并联机床产业化关键技术．方法用螺旋理论方法分析平行机构的约束特性，并计算其自由度；用空间坐标转换理论推导出平行机构的雅可比矩阵；用仿真方法分析了机构的奇异性，获得工作空间的可操作度变化范围．结果新型3-TPS并联机器人的动平台只能作沿Y、Z两轴的平动和绕Y轴的转动。平行机构有3个自由度．结论由于平行机构对并联机器人的约束，使新型3-TPS并联机器人具有3个自由度，通过雅可比矩阵和机构奇异性的推导和计算，得到平行机构在工作空间中没有奇异形位和不定形位的结论．该方法可应用于类似并联机器人的结构设计与运动学分析中．     

并联机构运动学与奇异性研究进展

为了发展更多新型结构的并联机器人,克服传统并联机器人工作空间较小、奇异性与运动学正解分析复杂的缺点,针对并联机构运动支链结构形式,将并联机构分为杆支撑并联机构、绳牵引并联机构和钢带并联机构,并介绍了这3种并联机构的运动学原理.针对这3种并联机器人机构形式,从运动位置、工作空间、奇异位形3方面,对国内外并联机器人运动学与奇异性的研究现状进行详细的阐述.分析钢带并联机器人结构与驱动方式的特殊性,对钢带并联机器人在运动过程中由于钢带承载力有限导致失稳所带来的问题进行探讨.结果表明,并联机器人运动学与奇异性的理论研究方法还不成熟,需要从结构设计和理论2方面进行突破才能解决并联机器人发展的瓶颈问题,从而拓宽并联机器人的应用领域.     

六维减振平台机构与控制的同步优化

研究了六维减振平台主体机构6-RSS并联机器人机构与控制的性能优化目标函数,提出了机构和控制同步优化的方法,并通过构造滑模控制器与进行参数敏度分析,合理有效地实现了非线性系统的模型线性化,得到了六维减振系统性能最优的机构与控制的参数,并通过数值仿真来验证同步优化的有效性.     

平面并联机器人的运动及灵巧度分析

研究一种三自由度平面并联机器人的运动学求解,同时探讨了该机构灵巧度指标在工作空间内的分布规律、并联机器人的任务规划和控制意义,为该种平面并联机器人的进一步研究和实用化提供理论基础.     

基于虚拟样机的倾斜导轨式3-PRS并联机器人的设计与分析

以3-PRS并联机器人为研究对象,采用倾斜导轨式布置3个滑块为驱动,应用虚拟样机技术,在Solid Works和Adams平台上进行了并联机器人的建模、仿真和运动学分析,从而获得该机构的运动特性曲线,为并联机器人机构学的发展和潜在的工业应用提供了理论基础。     

Optimal design of a new spatial 3-DOF parallel robot with respect to a frame-free index

Optimal design is one of the most important issues in robots. Since the very beginning, the concepts of the Jacobian matrix, manipulability and condition number, which are used successfully in the field of serial robots, have been applied to parallel robots. Unlike serial robots, parallel robots are good for motion/force transmission. Their performance evaluation and design should be correspondingly different. This paper is an attempt to optimally design a novel spatial three-degree-of-freedom (3-DOF) parallel robot by using the concept of motion/force transmission. Accordingly, three indices are defined. The suggested indices are independent of any coordinate frame and could be applied to the analysis and design of a parallel robot whose singularities can be identified wholly by using the relative angle between the output and adjacent links, and by using the relative angle between the input and adjacent links. Supported by the National Natural Science Foundation of China (Grant No. 50775118), High Technology Research and Development Program of China (863 Program) (Grant No. 2006AA04Z227), and National Basic Research Program of China (973 Program) (Grant No. 2007CB714000)     

Novel 3-DOF micro translational parallel manipulator

Aiming at the active vibration control for a CPU crystal oscillator in electronic equipments, a novel 3-DOF (degree of freedom) micro translational parallel manipulator with linear driving and six passive joints is presented. It possesses the dimension of 75mm×67mm×25mm, and performs 3-DOF translational motions at 50Hz within a space of (±2mm)×(±2mm)×(±2mm). Finally a computational simulation validates the novel design. Its configuration is chiefly characterized by a constant Jacobian matrix between input and output, which facilitates the implementation of real-time control. It can be used not only for active vibration control, but also for industrial robots, precision machineries, optical testing platforms and the design of parallel machine tools.     

一种5轴混联铣床运动学的矢量法分析

介绍一种由3自由度并联机构和2自由度串联机构组成的5轴混联铣床.采用矢量分析的方法,引入单位矩阵和四元素向量对运动学分析中的高阶转换矩阵进行降阶处理,实现机构输入参数与机构独立运动参数之间的矩阵转化,解决了机构运动参数耦合的问题;详细推导出铣床的并联部分驱动输入速度、加速度与机构动平台输出速度、加速度之间的数学关系,借助于运动学仿真分析软件验证了算法的正确性.该算法对于具有运动参数耦合的并联机构或混联机构的运动学分析、动力学分析以及机构的运动控制具有一定的参考价值.     

三自由度并联姿态测量机构误差建模

提出了并联结构的三自由度姿态测量装置，将其连接到三自由度串联结构位置测量仪的末端可实现对被测物体六自由度位姿综合测量，通过机构分析得出了被测物体姿态的显式解。对三自由度并联姿态测量机构的测量误差进行建模，姿态角的测量误差以显式给出，测量时各位姿下的测量误差可实时显示，为机构设计参数的优化奠定了基础。     

三自由度并联姿态测量机构及其位姿显式解

考虑到串联结构的六自由度位姿仪在对被测物体进行位姿综合测量时存在的误差累积，影响测量精度，提出并联结构的三自由度姿态测量装置，将其连接到三自由度串联结构位置测量仪的末端来实现被测物体六个自由度的综合测量。通过机构综合来克服并联机构正解困难，经推导得出被测物体姿态的显式解，从而缩短了计算时间，大大提高了测量效率。测量精度分析为三自由度并联结构姿态测量机构设计奠定了基础。     

Inverse dynamics and servomotor parameter estimation of a 2-DOF spherical parallel mechanism

A novel reconfigurable 5-DOF hybrid manipulator—TriVariant-B is composed of a 2-DOF spherical parallel mechanism which is serially connected with a 3-DOF open-loop kinematic chain undergoing one translation and two rotations by a prismatic joint. The merit of this design is that a relatively large workspace/limb-stroke ratio can be achieved thanks to the decomposition of the fixed point rotation and the relative translation. In this paper, on the basis of inverse dynamic formulation of the 2-DOF spherical parallel mechanism, an approach is proposed for estimating the servomotor parameters including moment of inertia, rated speed and the maximum torque in a quick manner. The approach has been employed for the development of a prototype for frame cutting process. Supported by the National Natural Science Foundation of China (Grant Nos. 50535010 and 50510488)     

Simulink和SimMechanics环境下并联机器人动力学建模与分析

为了对六自由度并联机器人动力学模型进行充分验证和分析,并提高建模与分析的效率,提出在Simulink和SimMechanics环境下进行动力学建模与分析的计算机辅助方法.将六自由度并联机器人描述为单个刚体,采用凯恩方法建立其单刚体动力学模型,设计了基于铰点空间控制策略的经典PID控制器,并在Simulink和SimMechanics这2种环境下进行了动力学建模仿真,六自由度并联机器人的动力学响应完全一致,说明了在Simulink和SimMechanics 2种环境下的动力学模型都是正确的,并且所提出的方法也可应用于所有机械系统的动力学建模与分析.     

Type Synthesis Method for the Translational Decoupled Parallel Mechanism Based on Screw Theory

Coupling is the significant characteristic of parallel mechanism, while it is just the coupling that brings about much difficulty for the configuration design, theoretical analysis and the development of the control system of the parallel mechanism. And recently, the research on the deeoupled parallel mechanism becomes one of the research hot points in the mechanism fields. In this paper, a type synthesis method for the translational decoupled parallel mechanism （TDPM） is proposed based on the screw theory. To achieve the decoupling characteristics of the translational parallel mechanism, the translational decoupled criterion for type synthesis of the branches are presented in this paper. According to this criterion and the realization conditions of rotational degree of freedom of the mechanism proposed former, a large number of branches for the TDPM are obtained. Taking the three degrees of freedom （DOFs） TDPM as an example, the process of type synthesis is discussed in detail. Using this proposed type synthesis method, a serial of translational decoupled parallel mechanisms, including but not limited to all the existing typical 3-DOF TDPMs, are obtained, which identifies the correctness and effective of the method. The contents of this paper provide a reference and possess significant theoretical meanings for the synthesis and development of the novel decoupled parallel mechanisms.     

Micro-Scale Motion Precision Simulation Method for a New-Type 6-DOF Micro-Manipulation Robot

A new 6-DOF micro-manipulation robot based on 3-PPTTRS parallel mechanisms in combination with flexure hinges is proposed. The design principle of the mechanism is introduced, and the kinematics analysis method based on differentiation is used to get the     

含有柔顺关节的并联机器人应力分析

为了研究含有柔顺关节的并联机器人系统疲劳寿命和优化设计,基于含有柔顺关节的三自由度平面并联机器人动力学模型,推导动应力理论公式.运用MATLAB软件进行计算,并且与SolidWorks、ANSYS和ADAMS三种软件联合共同构建的仿真模型结果进行了对比.结果表明：理论计算和软件仿真所得的应力值变化趋势总体一致,两者相对误差最大值为6.71%,从而相互验证其基本正确有效.