双支链六自由度并联机构尺度设计与性能分析

提出了一种新型六自由度并联机构,该机构由两条运动支链组成,每条支链各包含一个主动球副。与常规六自由度并联机构相比,支链数目的减少可有效增大机构工作空间。基于封闭矢量法求得所提机构的运动学位置逆解,在此基础上分析了机构输入与输出的速度映射关系,建立了机构雅可比矩阵。以工作空间和全域灵巧度为性能评价指标,借助性能图谱法完成了机构尺度设计,基于该尺度参数,对特定工作姿态下的工作空间、灵巧度、承载性能及刚度性能进行了全面研究。最后,搭建了3D打印样机,并对其典型应用场景进行了分析。     

多输出3D打印并联机器人的设计分析与实验

提出一类新的四自由度并联机构,设计一种共用驱动的3D打印机器人,这种3D打印机器人一次可以打印两个或多个相同的产品。分析四自由度并联机构的运动学,工作空间,雅可比矩阵,奇异位形,得到用于设计3D打印机器人最优结构;给定动平台的运动轨迹,仿真分析驱动关节与动平台的实时位置关系;利用并联机构的控制特性,对设计的样机进行试验分析。结果表明,由于这种四自由度并联机构的特性,3D打印机器人控制简单,可以在倾斜表面上进行打印,在特定的条件下打印的物体具有更高的表面精度。     

平面两自由度驱动冗余并联机器人的运动及灵巧性分析

研究一种平面两自由度驱动冗余并联机器人的运动学求解，同时探讨了该并联机器人机构的工作空间，并绘制了工作空间的各种形状，在此基础上分析了该并联机器人机构的灵巧性，利用特例在其工作空间内绘制了灵巧性性能图谱，这些图谱是该并联机器人的机构设计的重要参考依据。     

一种所有转轴均连续的五自由度混联机器人机构

根据两转一移并联机构两转动自由度转轴的分布,提出构造五自由度混联机器人机构构型的新思路,基于2-RPU&UPR并联机构构造一种新型五轴混联机器人机构。建立2-RPU&UPR并联机构的位置正反解模型,由于该并联部分存在两条连续转轴,可将其等效成一个三自由度串联机构RPR,进而将整个混联机器人机构等效为一个四自由度串联机构RPRR和一个移动平台的组合进行分析,根据这两部分位姿之间的解耦性,建立了混联机器人完整的位置正反解模型,并用加工球面轨迹的算例验证了所建运动学模型的正确性。提出的5自由度混联机器人所有转动自由度均具有连续转轴,能够得到解析的位置模型表达式,能够很容易实现轨迹规划与运动控制,具有良好的应用前景。     

双输出3D打印解耦并联机器人的设计与分析

提出一种新型1PRRR/3PRRRR四自由度3T1R并联机构。基于这种并联机构,设计一种具有两个输出的3D打印并联机器人。该机器人机构对称布置的运动支链共用驱动,具有两个运动完全一致的末端执行器。分析这种新型并联机构的自由度,运动学反解,雅可比矩阵,耦合性及奇异性,有利于优化选择3D打印机器人机构的结构参数。最后对3D打印机器人机构进行运动学仿真试验。结果表明,该机构动平台具有较大的转动角度,3D打印机器人能够在倾斜角较大的平面上打印,为进一步实现设计的3D打印机器人的控制提供依据。     

面向多向3D打印的混联机构及其运动分析

为解决多向3D打印装备瓶颈问题,提出一种完全解耦五自由度混联机构作为3D打印的执行机构,该机构由并联模块3-CPaRR和串联模块RRo组成,其中并联模块由3条相同CPaRR支链构成,可实现空间的三维移动,串联模块RRo用于调整打印头姿态,改善3D打印过程中的台阶现象、干涉问题。基于约束螺旋理论,分析了3CPaRR&RRo机构自由度,并通过ADAMS建模对其进行了验证。然后运用D-H法求得混联机构的运动学方程,对机构的位姿正解表达式求导,得到了机构的雅可比矩阵和末端速度方程,分析了机构在工作空间内的奇异性问题,通过对模型运动仿真,绘制出了机构末端输出速度曲线,验证了上述分析的正确性。     

基于人工生命算法的并联机器人最优轨迹规划

基于机器人直纹面概念和人工生命算法,提出一种并联机器人位姿轨迹最优规划方法.应用计算几何中的三维直纹面生成原理,对机器人末端执行器的位置和姿态进行统一描述.考虑到机器人姿态直纹面面积及其变化率能够反映和评价机器人的运动学和动力学性能,通过求解等效角位移矢量在空间的运动轨迹形成的三维直纹曲面面积及其变化率,并将其作为泛函的泛函极值,同时考虑运动时机器人的灵活度,建立机器人位置和姿态轨迹优化的数学模型.采用人工生命优化算法对代表并联机器人位姿轨迹的高阶参数化空间曲线的参数进行优选,通过优化轨迹直纹曲面面积及其变化率和机器人的灵巧度,使并联机器人具有良好的运动学和动力学性能.最后以一三自由度球面并联机器人轨迹规划实例,验证所提出方法的可行性.     

基于球面并联机构的检测平台设计与性能研究

为提高光电产品自动视觉检测的准确性,研制了一种含冗余驱动支链的4SPS/S球面并联调姿平台样机。含冗余驱动支链的4SPS/S并联机构为调姿平台机构本体,具有绕动平台中心点的3个转动自由度,可以实现待检零件任意角度图像信息的获取。建立了该并联机构的运动学模型,导出了机构位置逆解方程和雅可比矩阵;基于雅可比矩阵的秩讨论了机构的奇异性,并验证了冗余驱动支链能消除机构内部奇异;基于雅可比矩阵的非冗余分解,提出了一种评价冗余驱动并联机构力传递性能的指标。分析机构动定平台球铰安装方式对机构运动学性能的影响,得到了机构姿态空间体积大、灵巧度好的动定平台球铰安装方式;设计制作了球面并联检测平台样机,分析并绘制了样机姿态空间以及灵巧度、力传递性能在姿态空间内的分布。结果表明,样机转动空间大,无内部奇异,灵巧度和力传递性能高且分布均匀,能满足光电产品瑕疵检测的工艺要求。     

多输出3D打印冗余并联机器人的设计与分析

设计了一种新型多输出3D打印机器人,该机器人机构以Delta并联机构为主构型,以Stewart并联机构为辅助构型,在末端执行器上布置多个打印头,实现多输出。根据建立的运动学模型,分析了该机器人机构的运动学反解,得到速度雅可比矩阵,解得各驱动关节的速度和加速度。给定动平台的运动轨迹,仿真分析了机构的运动协调性,并对机构的灵巧性与静刚度进行了分析。     

一种新型3-RPR并联机构及其运动学分析

提出了一种能实现沿Y、Z轴平移和绕X轴转动的3-RPR型三自由度并联机构,运用螺旋理论分析了该并联机构实现二维平移和一维转动的机构学原理,计算了机构自由度,进行了驱动输入选取与论证,并进行了奇异分析,提出了减少奇异的参数设计条件,运用多体系统运动学理论建立了运动学模型,研究了运动学正反求解,并进行了数值仿真验证,最后分析了机构的工作空间。该并联机构是一种支链完全相同的半对称并联机构,结构较为简单,是对2T1R并联机构的重要补充,可应用于工业装配机器人、姿态调节器、并联机床、工作台等领域。     

六足步行机器人的并联机械腿设计

将并联机构用于六足步行机器人的腿部结构,以拓展六足步行机器人的应用领域.提出了一种基于(U+UPR)P+ UPS机构的并联机械腿,并对机械腿进行了结构参数设计.首先,对腿部机构进行了运动学分析,推导出了腿部机构的位置反解方程和速度传递方程;分析了腿部机构的工作空间并绘制了工作空间三维图,定义了工作空间性能评价指标,绘制了结构参数与工作空间性能指标的关系曲线.然后,对腿部机构进行了运动灵活性分析并绘制了雅克比矩阵条件数分布图,定义了运动灵活性评价指标,绘制了结构参数与运动灵活性指标的关系曲线.最后,基于工作空间性能指标和运动灵活性指标,采用蒙特卡罗法进行了结构参数分析,选取了一组性能较好的结构参数并考虑加工和装配工艺性,设计了一种新型3自由度并联机械腿的虚拟样机,为六足步行机器人的进一步研究奠定了基础.     

3-PU*U*型平动并联机构的运动学分析

研究3-PU^*U^*型平动并联机构的运动学分析问题。通过将该机构简化成运动等效的机构模型，得到其位置逆解公式及描述机构输入与输出速度关系的逆雅可比，并进一步对3-PU^*U^*并联机构作业空间的几何性质、机构的运动灵活性进行了分析，给出了尺度参数变化对机构作业空间及运动灵活性的影响规律。分析表明，该机构具有几何形状规则的作业空间及较好的运动灵活性，是一种较为理想的实现三移动操作的并联机构选型。     

一种新型半对称三平移一转动（3T1R）并联操作手的运动学研究

基于方位特征（POC）方程的并联机构拓扑结构设计理论与方法,提出了一种能实现三平移一转动（3T1R）的2RRPaR+2RSS并联操作手机构。对该机构进行了结构特性分析,计算了其自由度及POC集,并得出其耦合度为2;依据该机构的结构特性及几何约束条件,采用二维搜索法对该机构的位置正解进行了求解,推导出了其位置逆解,并验证了位置正逆解的正确性;基于该机构的逆解公式,计算出其三维工作空间,并得到了一组Z向不同截面的切片形状,同时对Z=1000 mm截面处的转动能力进行了分析;最后,基于雅可比矩阵对机构奇异位形进行了分析。研究结果表明：所提2RRPaR+2RSS机构在与H4机构主要尺寸参数相同的情况下,其工作性能总体优于H4机构。与H4机构相比,所提机构的工作空间增加了27.87%,其转动能力提高了4.35%。     

电动助力转向系统Sugeno型模糊及PID的滤波控制研究

在阐述车辆电动助力转向系统结构与工作原理的基础上,建立其动态数学模型。针对助力电机目标电流输出控制的特点,建立了Sugeno型模糊控制器,同时采用PID闭环反馈控制助力电机实际电流,并由幅频复合滤波对控制信号进行滤波处理,从而进一步提高了控制效果。模拟仿真、硬件在环仿真试验结果表明,该设计方法对控制性能的改善是明显的。     

交叉杆并联机床结构参数优化

增大工作空间和提高灵巧度是并联机床设计的一项重要任务。依据运动学反解,采用三维搜索的方法得到了带约束条件的交叉杆并联机床的工作空间;利用自然坐标法推导了该机床的新型雅可比矩阵;基于工作空间和新型雅可比矩阵获得了交叉杆并联机床的灵巧度分布。在此基础上分析了机床各结构参数对工作空间和全域灵巧度指数的影响规律,然后用最小二乘法进行曲线拟合并以工作空间指数和全域灵巧度指数为优化目标对该机床进行优化,与优化前相比,两项指标分别增大了0.40倍和0.26倍,达到了机构优化的目的。     

五自由度并联驱动机构及其位置分辨能力分析

提出了一种具有三移动和二转动的多分支耦合并联驱动机构,基于方位特征集法分析了机构自由度及机构末端的运动特征。利用齐次变换法建立了机构的运动学逆解模型,求解了并联驱动机构的全雅可比矩阵。基于牛顿迭代法建立了运动学正解模型,并对理论模型进行了仿真验证。利用CAD变分几何法绘制了机构的可达工作空间。定义了机构的全域位置敏感度系数指标,系统分析了特定工况下的驱动系统分辨率对机构位置分辨能力的影响规律。     

基于大工作空间的三自由度并联机器人的机构研究

针对并联机器人工作空间相对较小的问题,采用菱形机构代替传统的串联支链,即运用虚拟轴代替实轴,减少并联机器人工作空间受杆长约束的范围,进而扩大机器人的工作空间,并且在z轴上具有较大的伸缩比。运用这个原理设计了一个大缩放比的三自由度并联机器人,并对该机器人进行了自由度、基本运动学和工作空间的分析。从分析结果可以看出,该机器人具有较大的工作空间。     

Workspace analysis of 3-CPS parallel micro-manipulator for mirror active adjusting platform

In order to adjust telescope mirrors with high precision, a 3 cylindrical-prismatic-spherical (CPS) parallel micro-manipulator with 6 degrees-of-freedom (DOF) and partial decoupling is proposed. Structure characteristics of the micro-manipulator were analyzed and the kinematic equations were derived based on Euler method. To avoid tedious derivation, Jacobian matrix with screw theory representing the input and output relation of micro-manipulator is established by using velocity influence coefficient method. Combining topological structure characteristics of the 3-CPS parallel micro-manipulator, the solving procedures of workspace are obtained. Moreover, the position workspace with a given orientation and the orientation workspace with a given translation position are constructed by numerical simulations. The workspace range is chosen as the optimization goal of structure parameters, and the circumcircle radius ratio of base and moving platform and the lengths of each sub-link are optimized. The maximum condition number and the minimum singular value are chosen as the precision indexes to analyze the precision performance of the workspace. Then, the properties of the position workspaces with various orientations and the orientation workspaces with various positions are simulated numerically, and the simulation results prove that the 3-CPS parallel micro-manipulator has an ability to achieve high precision operations. This research provides a workspace modeling and optimization method for the practical application in telescope mirror adjustment or other fields requiring high precision.