并联机构工作空间及参数优化研究

以6-PSS Stewart平台为研究对象,分析影响并联机构工作空间的主要因素如并联杆长度、运动副转角、并联杆干涉等对工作空间的约束。采用边界搜索法确定工作空间边界,计算出相应形状的工作空间体积。提出工作空间灵敏度因子来衡量机构参数对工作空间的影响程度。最后根据各机构参数工作空间灵敏度因子的分布情况进行工作空间体积的最优值研究。为并联机构的结构设计和进一步研究奠定了基础。     

基于工作空间最大化的平面柔索驱动并联机构优化设计

工作空间是并联机构的重要指标,柔索驱动并联机构与杆支撑并联机构相比,其突出的优点是具有较大的工作空间.从平面柔索驱动并联机构出发,探讨柔索与动平台的连接位置对定姿态工作空间大小的影响.建立柔索驱动并联机构静力模型,并对4根柔索驱动的3自由度平面机构的定姿态工作空间进行分析,对此类机构的柔索与动平台的连接位置参数进行建模,通过直接搜索的优化算法对这些位置参数进行优化,得到了最优的结构参数.与常用的平面构型相对比,优化后的机构构型具有更大的定姿态工作空间.     

8-SPU冗余机构大工作空间/杆长行程优化分析

鉴于并联机器人工作空间较小的状况,对一种等效8-SPU并联机构采用三维边界搜索法对工作空间进行了求解及优化。考虑机构杆长约束、转角约束、连杆干涉,建立逆运动学方程,搜索所有工作空间内的点,绘出了定姿态工作空间的三维边界图,然后给出了两个机构参数对工作空间的影响曲线。最后以体积比杆长行程为目标函数,采用粒子群算法优化后得到最大的函数值。得到全局最优解后,给出了优化后的工作空间三维图以及优化前后综合指标对比。优化结果表明,仅增加27.59%的连杆行程,工作空间体积增加了143.91%,优化效果较明显。     

并联机构工作空间截面形状分析

提出等效杆的概念，分析了两并联杆并联机构、三并联杆并联机构和六并联杆并联机构的定姿态工作空间在不同位置时的截面形状以及与各截面形状对应的并联机构的参数之间的关系。     

工作空间最大化的4-RUP_aR并联机构尺度优化设计

对一种新型3T1R并联机构-4RUPaR并联机构进行工作空间分析和尺度参数优化设计。首先利用解析几何中的坐标变换理论,以机构的杆长作为约束条件,得到了运动学反解方程;然后根据运动学反解方程,建立工作空间的约束条件,通过MATLAB编程实现机构的定姿态工作空间的可视化,并通过"点集"近似表达工作空间的大小;最后采用单一变量分析法得出了并联机构尺度参数与定姿态工作空间的关系。以工作空间最大化作为优化目标,采用差分进化算法求解该优化问题,获得了良好的机构尺度参数,使得并联机构的有效工作空间更大更健壮,也更加符合工程实用要求。     

基于边界搜索法的4UPS-UPU并联机构工作空间分析

设计了一种4UPS-UPU并联机构,通过矢量代数法求解该并联机构运动学逆解,给出关节变量与末端位姿间的映射关系.采用边界搜索法分析并联机构定姿态时的工作空间,获得工作空间的三维图形,计算工作空间大小.研究该并联机构的支链长度、动静平台半径和运动副转角等结构参数和运动参数对其工作空间大小的影响,为机构的参数优化及轨迹规划提供理论依据.     

基于遗传算法的3-PCR减振平台等效刚度设计

基于3-PCR并联机构,通过在主动副处添加弹簧阻尼装置构建并联减振平台,推导了3-PCR机构的运动学方程并对其工作空间进行了分析。选择该减振平台上下平台半径、杆长以及杆与下平台夹角作为设计变量,研究了上述4参数对最大球形工作空间的影响规律。引入等效刚度的概念,采用遗传算法对上述参数进行了优化设计,以期得到满足特定等效刚度要求的减振平台,该平台在微幅振动下其等效刚度值接近恒定。工程应用中减振平台的等效刚度均可使用该设计方法予以实现,为基于并联机构的减振平台设计提供了一种新方法。     

并联机构六维控制器的运动学性能分析及尺度优化

针对一种含子闭环3-5RUU并联机构的六维控制器进行运动学性能分析和尺度参数优化。首先用附加传感器的方法计算3-5RUU并联机构运动学正解,并求得了唯一解;其次建立了运动学逆解模型,根据运动学逆解,建立了工作空间的约束条件,通过MATLAB编程对机构进行了定姿态的工作空间分析;然后采用单一变量分析法得到了并联机构尺度参数与定姿态工作空间的关系;最后以工作空间最大为优化目标,利用遗传算法优化了机构杆长参数,使六维控制器的有效工作空间更大。结果表明:六维控制器的工作空间提高到原来的3倍以上。     

并联六坐标测量机的工作空间及其仿真研究

介绍了并联坐标测量机的特点 ,分析了影响并联坐标测量机工作空间的主要因素 ,推导出并联杆长度、运动副转角、并联杆干涉和结构限制等的约束条件。采用一维搜索方法确定了工作空间的边界并推导出其体积公式 ,明确了增大工作空间的途径是增大运动副转角和并联杆行程、适当减小动平台半径     

Stewart衍生型并联机器人的工作空间分析

以一种新型Stewart衍生型并联机器人为研究对象,对其位置反解及工作空间进行了分析。首先,结合矢量法与旋转矩阵推导得出并联机器人位置反解的全解析表达式,并在Mathematica中构建了并联机器人虚拟样机,通过算例仿真验证了位置反解数学模型的正确性;然后,基于带杆长约束条件的全解析式位置反解,运用有限离散法,获得并联机器人在三种不同姿态下的位置工作空间和z=0 mm工作空间点云的姿态工作空间;进一步的,研究了结构参数对零姿态位置工作空间的影响趋势,总结得出适当减小并联机器人的动平台边长和增大初始杆长,能够增大位置工作空间。研究内容为Stewart衍生型并联机器人后续的奇异位形研究打下基础。     

一种新型6-PTS并联机器人工作空间分析

工作空间是评价并联机器人工作性能的重要指标.以一种由Stewart平台演绎而来的正交6-PTS并联机器人为研究对象,介绍了其机构特点.基于运动学逆解,分析了各分支间的干涉约束、运动副的转角约束和杆长约束,运用搜索法得到其不同高度截面的工作空间图以及三维定姿态工作空间图.工作空间的研究为此类并联机器人的应用与设计提供了直接依据.     

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.     

6自由度含弹簧被动支链的绳牵引并联机构工作空间分析

为分析含弹簧被动支链的绳牵引并联机构工作空间特性，建立机构静力学模型，提出一种能直观反映绳牵引并联机构姿态空间大小的评价指标，以含2根弹簧支链的6索6自由度绳牵引并联机构为例，分析弹簧支链参数对机构工作空间性能和工作空间形状的影响。针对引入弹簧支链后出现的工作空间形状缺陷，建立缺陷部分混合位置因子-范围因子罚函数模型，并通过理想点法与遗传算法结合的方法实现了机构工作空间性能多目标优化。结果表明：通过罚函数法在优化中有效消除了可能出现的机构工作空间形状缺陷；含弹簧支链的绳牵引并联机构优化中选择适当弹簧参数，可以显著提高工作空间体积与动平台转动范围。     

5自由度4-SPRR-SPR并联机构的运动学与工作空间分析

以一种以转轴为动平台的5自由度4-SPRR-SPR并联机构为研究对象,运用螺旋理论对4-SPRR-SPR并联机构进行自由度分析,利用矢量法建立并联机构的逆运动学方程;对运动副约束进行详细分析,利用三维边界搜索法得到该机构的定姿态以及动姿态工作空间。研究表明,该机构的工作空间具有对称性、内部无空洞、截面形状规整等优点;同时,以工作空间体积为优化目标,获得运动副约束与工作空间体积的影响曲线,得到了支链移动副移动范围为影响工作空间的最大因素。该机构在复杂空间曲面的零件切削加工、打磨等方面有着良好的应用前景。     

Stewart机构姿态奇异及非奇异姿态空间的研究

推导出了6／6-SPS型Stewart机构处于固定位置时机构的姿态奇异轨迹的解析表达式。研究结果表明,机构处于固定位苴时的姿态奇异轨迹是一个关于机构动平台的姿态参数的十三次多项式。还研究了机构动平台的几何外形、动平台和定平台的外接圆的半径比、动平台的位置对机构的非奇异姿态空间的影响,因此为该并联机构的优化设计提供了重要的理论依据。     

3-R(US&SPU)可折叠并联机构的定姿态工作空间及其参数优化

结合可展机构和并联机构的各自优点,提出一种可折叠3-R(US&SPU)并联机构.考虑动平台常用姿态,对工作空间进行详细的分析.采用单变量分析法,研究约束参数对定姿态工作空间的影响,进而以工作空间最大化为目标函数,采用遗传算法对其设计参数进行优化.最后,采用优化之后的机构参数搭建样机.将理论分析结果与样机试验进行比对,验证了理论计算以及工作空间分析的正确性,为工程实际应用奠定了基础.     

哈量创新的并联加工中心前景广阔

哈尔滨量具刃具集团研制开发的并联加工中心，是由六自由度空间并联机构组成的，即用6根可伸缩杆通过虎克铰将固定平台与动平台相连，当改变6根可伸缩杆的杆长时，动平台就可以得到不同的位置和姿态，动平台上装有电主轴；在工作台上置放一个数控转台，从而实现空间任意复杂形状的曲面加工。机床上安装有圆盘式刀库。     

激光加工用三平移并联机床的分析与研究

设计与研究了一种用于激光加工的三平移并联机床。介绍了并联机床的组成及部件间的连接关系。通过应用并联机构拓扑结构理论对并联机床的自由度进行了分析,得出其自由度输出为三平移。通过建立杆长约束方程,得到并联机床机构的运动学位置逆解方程。应用几何法对并联机床工作空间进行了分析与求解,并得出工作空间与机床机构参数之间的关系。通过建立并联机床的几何参数误差模型,得到机床动平台的输出位置误差,进而为并联机床生产和运动控制提供理论依据。     

基于MATLAB的6自由度并联机床结构尺寸设计的研究

以给定旋转抛物体工作空间的6—SPS并联机床为例,应用MATLAB软件,分析给定工作空间并联机床结构尺寸之间的关系,研究并联6杆机床运动平台半径、固定平台半径以及平台高度对整体结构尺寸的影响。     

6-SPS台体型并联机器人工作空间及转动能力研究

提出一种评价并联机器人实现位置和姿态能力的性能指标.选用局部坐标系和球面副的关节转角描述了动平台的位姿,探索了工作空间的边界,以动平台在工作空间内能实现的最小可达章动角评价并联机器人的转动能力,揭示出并联机器人工作空间体积及转动能力随机构结构尺寸的变化而变化的规律.