六自由度并联机器人的位置分析及仿真研究

为了研究驱动元件滑块的运动规律,先根据机构尺寸和位置关系建立6PTRT并联机器人空间坐标系,再利用并联机器人6根连杆长度不变的特点,推导出该并联机器人的运动学逆解,最后运用Matlab软件对并联机器人运动学逆解以及各运动参数之间的线性关系进行仿真。研究结果可为并联机器人的轨迹规划及其控制提供理论依据。     

4PUS-1PS型并联机器人运动学与工作空间分析

并联机器人的运动学分析是动力学分析的基础,而工作空间是评价并联机器人工作性能的重要指标.对4PUS-1PS型并联机器人进行了逆运动学分析,使用ADAMS软件对其进行仿真,并与MATLAB软件计算的结果相比对.基于运动学逆解,结合机构的约束条件,运用MATLAB搜索其工作空间.为其动力学分析及此类机器人的设计与运用提供依据.     

一种三维移动并联机器人机构及其运动学分析

根据方位特征集理论和并联机器人机构组成原理,提出一种能实现空间三维纯移动的并联机器人机构,对其进行了结构特性和运动学的分析,给出了该机构位置正解和逆解的分析方法以及相应的数值算例;对该机构的速度、加速度进行了分析;最后进行了机构工作空间的分析,建立了工作空间模型。该机构结构简单,易于控制,有较好的应用前景。     

六自由度并联机器人设计和关键技术研究

根据并联机构的有关理论和实际需求设计了旋转输入式6自由度并联机器人,该并联机器人以旋转电机为输入动力,通过6个由锥齿轮转向器、R-T-R-T组成的传动结构实现并联机器人的6自由度要求。基于轨迹法对旋转输入型并联机器人进行了位置逆解分析,同时基于MATLAB对并联机器人的工作空间进行了仿真,得到了此并联机器人的运动空间结果。     

一种新型四自由度并联机构的运动学分析

对一种新型的四滑块驱动的二平移二转动并联机构,进行了结构学分析,包括其自由度计算及输出运动类型分析;给出了位置分析的正、逆解,用一维搜索法求解了其数值位置正解,还对该机构的工作空间进行了分析。该机构可作为虚轴坐标测量机、并联机床及其他运动平台的可选机型,为该并联机器人机构的误差分析、动力学分析计算及工业应用奠定了基础。     

2-DOF并联行程放大机构结构参数优化

为研制一种能实现快速行走、运动灵活性好的仿生四足机器人,对一种能够实现机构末端位置行程放大的2自由度并联机构进行运动性能分析与结构参数优化,并将优化结果应用到仿生四足机器人的腿部机构,研制出样机。首先,推导2自由度并联行程放大机构位置反解,建立机构的线速度雅克比矩阵,对机构的工作空间进行分析。其次,建立机构运动灵活性能评价指标,揭示主要结构参数对灵活性能指标的影响规律。然后,采用容限加权法确定一组合理的结构参数,使运动灵活性能指标达到最优。最后,根据优化的结构参数设计出仿生四足机器人腿部机构和整体的虚拟样机,并进行虚拟样机运动仿真。仿真结果表明:并联行程放大机构各驱动参数变化平稳,理论速度和仿真速度误差在±1.6×10~(-6)m/s范围内,验证仿生四足机器人腿部机构设计方案和结构参数的合理性及理论推导的正确性,为该仿生四足机器人的进一步研究奠定了基础。     

空间刚柔耦合并联机器人动力学建模及仿真

为研究柔性构件对系统运动特性的影响,对空间3-RRRU并联机器人进行了动力学建模及耦合特性的仿真分析。应用矢量闭环法对空间并联机构的逆运动学进行求解,推导出各个构件位置、速度、加速度的变化规律;根据第一类Lagrange方程建立空间全刚性并联机器人的逆动力学模型;运用MATLAB软件对空间并联机构进行仿真,并对动力学数值结果和仿真结果进行对比,以验证模型的正确性。基于ANSYS软件和ADAMS软件,对空间并联机构中的空间梁单元进行柔性替换,通过建立空间刚柔耦合并联机器人模型,分析机构在运动状态下展现出的耦合特性,并与空间全刚性并联机器人进行比较。结果表明:两类模型的末端执行器的运动趋势一致,轨迹误差在0.000 7～0.419 4 mm范围内;梁单元产生的弹性变形对系统运动性能产生了重要影响,因此,建立正确的刚柔耦合动力学模型具有重要的指导意义。     

2-CRR/PSS并联机器人机构的运动学分析

根据并联机器人机构结构综合理论,提出一种能够实现空间三维移动的并联机器人机构——2-CRR/PSS并联机构,运用方位特征集法对其进行了结构特征分析及自由度的计算,建立了机构运动学数学模型,给出其位置正逆解、速度、加速度的分析方法,机构的运动学模型为该机构作进一步的运动学动力学分析及优化设计研究打下基础,并为系统控制提供理论依据。     

一种新型三维平移并联机构及其位置分析

基于以单开链为单元的并联机器人机构组成原理，设计构造了一种动平台能实现空间三维纯移动的并联机器人机构，对其进行了结构特性分析；给出了其位置分析的正逆解析解，讨论了该机构的输入一输出运动解耦性；用连续法对该机构进行了位置正解的数值计算。     

线驱动拟人臂机器人逆向运动学分析

基于最新人臂仿生理论和并联机器人研究的成果,提出一种线驱动7-DOF冗余手臂的设计方案.线驱动机构具有高刚度、高精度、高负载能力的优点,可以克服常规串联机构的缺点.介绍这种新型线驱动拟人臂机器人具体的结构,利用旋量理论描述机器人运动,在绳索张力条件的约束下,分析肩关节的工作空间.针对7-DOF机器人的逆运动学求解问题,先采用关节速度再分配法求关节速度逆解;然后与Paden-Kahan子问题法相结合,取得具有冗余控制的位置逆解,求出在给定位姿时各关节角的角度;再由关节角与绳长的关系解出各关节处驱动绳索的长度,并分析肩关节运动对腕、肘关节的耦合影响.最后在ADAMS下进行仿真,采用直线插补算法,动画图形实时显示机器人的运动情况,证明逆向运动学算法的正确性.     

并联3-RRRPP踝关节康复机构的设计与分析

分析了一种3-RRRPP新型踝关节康复并联机器人机构。综合了该并联机构的结构特性,基于螺旋理论对机构的自由度进行计算,确定其为具有三维转动自由度且转动中心与人体踝关节中心重合的无过约束机构;并基于坐标变换法对机构位置逆解进行分析,利用ADAMS软件进行仿真,验证其正确性;再对其工作空间进行分析,验证其满足踝关节康复训练的需求。     

六足仿生机器人并联运动学分析

对六足仿生机器人进行并联运动学分析,机器人腿部具有三个关节,根关节、髋关节和膝关节。六足机器人采用三角形步态,当处于三足支撑阶段时机体为3-UR并联机构,利用旋量理论和指数积方法建立其正运动学模型,利用消元方法建立其逆运动学模型,得到该并联机构的显示逆解。利用运动学正解和逆解的关系验证了运动学模型的正确性。     

Delta并联机器人运动学分析

运用空间几何学和矢量代数的方法建立了三自由度Delta型并联机器人机构的简化模型,求解得到并联机器人位置逆解方程,给出了正解的数值解法,结合算例验证了计算公式的正确性;设计了位置逆解的人机界面,通过数值计算,得到了并联机器人的工作空间。     

6-SPU并联机器人的轨迹规划与仿真

针对航空制造领域中对飞机机翼等大型工件的高加工精度、高生产效率等要求。首先,通过螺旋理论对6-SPU并联机器人进行了机构自由度的分析,并根据弗莱纳-雪列空间三元矢量原理以及并联机构的逆运动学求解方法,对6-SPU并联机构动平台的运动规划进行了分析和研究,得到机构动平台在加工过程中的相应位姿。然后,利用齐次坐标变换矩阵和逆解运算公式进一步确定6-SPU并联机构动平台上末端执行器按照预期运动轨迹移动时在驱动副上所施加的驱动运动规律。最后,借助三维软件SolidWorks及MATLAB中Simulink仿真模块进行建模仿真,进而验证了对并联机构运动轨迹规划的可行性,为移动式并联加工平台的工程设计提供理论基础。     

2-PRR并联机构刚柔动力学仿真分析

用三维软件对2-PRR并联机构进行了设计及建模,在ANSYS中对连杆构件用柔性化处理替换了原来的刚性体,通过计算分析了其动力学模态特性。在ADAMS中对2-PRR并联机构进行了运动学和动力学仿真,验证了该机构的正、逆解,并得到了驱动滑块上的驱动力矩变化特性曲线。研究结论为并联机构在雕铣机床和平面抓取机器人中的设计和选用提供了理论依据。所研究的2-PRR并联机构已经在平面雕铣、机器人平面抓取、农业采摘等装备上得到应用。并联机构的动力学分析(正、逆两类问题)是并联机构在机器人、机床动力分析、整机动态设计、动力学尺度综合、控制器参数整定和伺服电机选配的理论基础。     

3-R11R11R-4r三平移解耦并联机构位置计算及样机研制

基于以单开链为单元的并联机器人机构组成原理，设计并研制了一种全由转动副组成的动平台能实现空间三维纯移动的解耦并联机器人机构，给出了其位置分析的正、逆解析解，为其工作空间分析、误差分析等奠定了基础。     

基于单开链和方位特征集的5-DOF串并联构型综合

根据单开链和方位特征集设计了一种5自由度串并联机器人,并对5自由度串并联机器人构型综合和自由度进行计算分析,验证了所提出的机构符合设计要求.再进一步探讨了5自由度串并联机器人的运动学,对并联机构的位置逆解和动平台速度进行分析.运用Adams软件对设计的5自由度串并联机器人进行仿真分析,并验证机构的可行性.结果表明,该机构具有运动比较平稳、工作空间大等特点,对5自由度串并联机构多驱动器控制提供了参考依据.     

基于联合仿真的空间3-RPS并联机构运动求解

在分析空间3-RPS并联机构结构的基础上,得到该机构运动求解的方法指导和位姿逆解方程。对于并联机构运动正解复杂的特点,利用MATLAB软件、Pro/E软件和ADAMS软件对其运动进行联合仿真求解。用Pro/E软件对机构进行实体建模,利用数据转化接口将模型导入ADAMS软件对其进行编辑定义。给定机构运动输出位置,根据位姿逆解方程,用MATLAB编程计算得到关节转动副逆解曲线与输出姿态角曲线,应用ADAMS函数处理功能将转动副转角曲线转化为机构的驱动函数,添加在3个转动副关节上,得到机构运动正解。机构正逆姿态角求解曲线的吻合,证明了该方法的可靠性和正确性,其求解过程简便,运动学性能直观,为虚拟样机技术提供了可借鉴的方法。     

基于几何法Delta并联机器人运动学分析

为避免解析法求解与数值法求解所具有的缺点,根据平行四边形结构的运动特性,简化了Delta并联机器人结构模型,并建立了3个惯性坐标系,将3个不同位置支链转换至相同状态下进行分析,采用几何法构造出机构位置正解与逆解的低阶方程组。根据刚性杆两端点运动速度在沿杆件方向分速度相同原理,构造了机构驱动输入与末端执行器输出的速度映射矩阵(速度雅克比矩阵)。运用Matlab软件进行编程,并通过实例验证了本机构位置正逆解算法的正确性。     

仿生咀嚼6PSS并联驱动平台的运动学研究

基于食品物性检测及品质评价、义齿材料检测及评估等领域的需求,设计了一种仿生咀嚼6PSS并联驱动平台。文章介绍了该并联驱动平台的基本结构组成,建立了动平台的运动学模型,并进行运动学分析,得出了位置逆解、速度逆解及雅可比矩阵表达式。在Adams中进行运动学仿真,建立虚拟样机,给予动平台一组模拟右侧咀嚼运动的轨迹,使其模拟下颌咀嚼食物,得到动平台及相关构件的位姿参数曲线,为并联驱动平台的后续运动学性能分析及优化设计提供参考,为动力学分析奠定了基础。