盾构机管片拼装姿态微调机构设计与任务空间规划

针对盾构机管片拼装作业中精度欠缺和效率低下等问题,将3UPS_S并联机构引入到管片的姿态微调机构中。同时,为克服并联机构工作空间中奇异点较多的劣势,结合姿态微调作业中小幅度的任务空间特点,以速度雅可比矩阵的条件数为衡量标准,对任务空间的位置进行了规划。规划后的任务空间内无奇异点,同时具备较高的精度性能,可以有效提高管片拼装的精度与速度。     

3支链6自由度并联机构位置分析

提出一种新型的3支链6自由度并联机构，并对其进行位置正解和反解分析。首先利用三角平台型并联机构的位置正解方法，分析该机构的位置正解，得到位置正解的封闭方程，其次用解析法对机构进行位置反解分析，得到封闭的位置反解方程，并给出数值实例，绘制了机构的工作空间形状。     

非对称式6/6-SPS型Stewart并联机构位置正解的研究

建立了一类具有非对称式结构的6/6-SPS型Stewart并联机构位置正解的数学模型,构造了一个关于该并联机构动平台位置参数及姿态参数的多元多项式方程组.基于该方程组并采用Mathematica符号计算软件编制了基于Mathematica语言的非对称式结构的6/6-SPS型Stewart并联机构位置正解的求解程序.研究结果表明,对于任意给定的该类并联机构的结构参数及6个驱动杆杆长,该类6/6-SPS型Stewart并联机构的位置正解在复数域内最多有28组解析解,并且其位置正解实数解的个数必定为偶数.并联机构位置正解的研究为该类并联机构的工作空间分析、轨迹规划及控制奠定了重要的理论基础.     

运动解耦和低耦合度选择顺应性装配机器手臂并联机构的设计及其运动分析

根据基于方位特征集方程的并联机构拓扑结构设计理论,设计出一种运动解耦、低耦合度(κ=1)且具有较大转角的新型选择顺应性装配机器手臂并联机构(RPa3R)2R-2RSS,并对该机构进行拓扑特性分析。基于序单开链运动学建模原理,给出了该机构位置正解封闭解的代数法,同时导出机构位置反解,验证了位置正解的正确性。基于位置反解,对该机构的工作空间、转动能力和奇异性进行了分析。     

一类三平移3-RRC并联机构的运动学

介绍了一类具有三平移的3-RRC并联机构,并对该机构的自由度、位置正逆解、工作空间、奇异位形进行分析计算;利用基于螺旋理论(反螺旋)的自由度分析原理结合动平台约束分布给出了机构在任一位形下的自由度,并获得了运动奇异产生的几何条件;给出了位置分析的逆解析解,导出了位置正解的公式,并给出具体求解步骤;利用有逆解的充分必要条件推导出了工作空间;对主动件锁住后形成的新机构进行自由度分析从而得到约束奇异产生的几何条件。     

4-RUP_aR并联机器人机构及其运动学分析

提出一种能实现三维移动和绕z轴转动(3T1R)的新型对称4-DOF空间4-RUPaR并联机器人机构。采用螺旋理论分析4-RUPaR并联机器人机构实现空间3T1R运动的机构学原理,计算其自由度,讨论输入选取的合理性。以机构的杆长为约束条件,建立约束方程,得到位置分析的非线性方程组。推导机构位置正解的一元超越方程,并应用自适应变异粒子群算法(Adaptive mutation particle swarm optimization,AMPSO)求解该方程。导出位置反解的封闭方程及速度、加速度的表达式。最后应用算例对位置正反解的研究结果进行数值验证,正解结果与反解结果十分吻合。在位置正解分析的基础上,对算例的速度和加速度正解进行分析。     

一种低耦合度半对称球面并联机构的设计、拓扑分析与运动学

根据基于方位特征(POC)方程的并联机构拓扑结构设计理论,设计了一种低耦合度半对称的三转动(3R)球面并联机构,分析计算了该机构输出运动的方位特征集(POC)、自由度以及耦合度(κ=1)三个主要拓扑特性;其次,运用序单开链法运动学原理求解了位置正解的数值解。再次,基于导出的机构位置反解公式,分析了动平台的工作空间,并基于Jacobian矩阵对机构奇异位形进行了分析;最后,利用Matlab给出工作空间中的奇异轨迹。     

一种2PUU+2PUS并联机构的位置与工作空间分析

对2PUU+2PUS并联机构进行了分析研究.运用解析几何中的坐标变换理论,求得了该机构位置反解的显式表达式,给出了求解位置正解的方法,并进行了数值验证;采用CAD变量几何法确定了该并联机构的工作空间边界点,并利用小型CAD软件对工作空间进行了三维可视化描述,从而给出工作空间一种有效的计算方法.     

六足农业机器人并联腿结构设计与位置分析

基于方位特征集理论(POC),设计并研究了一种1平移2转动(1T2R)六足农业机器人并联腿机构。首先,基于方位特征集方法,综合得到一批满足功能要求的并联腿机构;然后,根据农业实际应用需求,优选得到一种性能优越的机构,该机构具有结构简单、工作空间大、控制方便等优点;最后,对优选的机构进行了位置正逆解分析。分析结果表明,该机构正逆解简单,正逆解均可进行解析求解,且正解方程最多具有4组解。     

4-PRUR并联机构及其位置分析的差分进化算法

给出1移动3转动(1T3R)对称4-DOF空间4-PRUR并联机构的几何模型,应用螺旋理论分析机构实现1T3R的原理,并讨论输入选取的合理性.根据杆长约束条件,建立机构位置分析的非线性方程组.为改进差分进化算法(Differential evolution,DE)的寻优效率,提出一种基于混沌迁移、最优个体加权处理和群体逃逸策略的自适应双种群差分进化算法(Adaptive differential evolution algorithm with double subpopulations,ADEDS).将机构位置分析中非线性方程组的求解转化为无约束优化模型,并应用ADEDS求解该问题.数值实例表明,ADEDS能求出并联机构的多组高精度位置正解,并通过位置反解验证位置正解的正确性.     

基于BP神经网络的6-PSS并联机器人运动学正解

提出多层前向神经网络求解6自由度并联机构位置正解的方法,将位置反解结果作为训练样本,采用Levenberg-Marquardt训练方法,实现了机构位置从关节变量空间到工作变量空间的非线性映射,从而求得并联机构运动学正解值。结果表明:与数值分析法相比,该方法计算精度高、耗时少、计算过程简洁,可应用于该机构的任务空间实时控制或求解机构的工作空间。     

一种两转动一平移并联机构的运动学分析

提出了一种能够实现一维移动和两维转动的空间3自由度并联机构,其固定平台与运动平台通过1个PTS支链、1个PRS支链和一个PS支链相连接.基于该机构运动约束方程,得到位置反解、正解和速度方程的封闭表达式.最后,应用实例验证了理论分析的正确性.     

一种非全对称低耦合度三平移一转动并联机构的设计及其运动学

提出一种非全对称的三平移一转动（3T1R）的并联机构,并对其进行拓扑特性分析,发现其耦合度κ较大(κ=2),这表明其位置正解求解复杂。为此,对该机构进行拓扑结构降耦设计,得到一种低耦合度（κ=1）但基本功能(动平台输出方位特征和自由度)不变的降耦机构;然后,根据基于序单开链的机构运动学建模原理,给出了该降耦机构位置正解的一维搜索求解算法及其数值解;通过导出的位置反解公式,对该降耦机构的工作空间、转动能力和奇异性进行了分析。该降耦机构结构简单、制造容易、工作空间大、转动能力强。     

一种新型低耦合度非全对称三平移一转动并联机械手及其运动学分析

根据基于方位特征（POC）方程的并联机构拓扑设计理论和方法,分析了一种可实现三平移一转动输出运动的新型低耦合度的非全对称四自由度并联机械手2-RPaRSS,并完成其运动学建模与分析。首先,分析计算出该机构的耦合度(κ=1),给出了基于序单开链（SOC）的机构位置正解的建模方法及其数值解;其次,通过导出机构位置反解及算例,验证了正反解求解的正确性;再次,分析了该机构位置工作空间的形状大小及工作空间Z向各截面形状;然后,对机构的奇异位形进行了分析,得到其发生三类奇异的条件;最后,设计了该机械手样机的三维CAD模型。研究结果表明,2-RPaRSS机械手比H4、I4R、Cross-Ⅳ结构简单,且具有更大的工作空间和更好的动平台转动能力。     

基于耦合度分析的6-SPS并联机构位置正解的计算机自动生成

阐述了基于耦合度分析的并联机构位置正解求解的原理,对6-SPS并联机构及其衍生机型进行拓扑结构分析,得到它们的耦合度κ分别为0、1、2、3;给出了κ=0的机构位置正解的解析计算公式,以及κ≥1的机构位置正解求解的算法,即通过虚设κ个SPS型支链,使之转化为κ=0的虚拟并联机构,并基于杆长条件建立κ个仅含一个变量的相容性方程,再采用κ维搜索法求出实数解,从而实现了6-SPS并联机构位置正解求解过程的计算机自动生成;最后给出3个算例,予以验证。     

6PTRT型并联机器人运动学分析

6PTRT型并联机器人具有较高的实用价值.根据6PTRT型并联机器人的自身机械特点和机构约束性建立了位置反解模型.提出利用一阶影响系数矩阵,基于位置反解方程,利用位置反解迭代的杆垂直移动距离逐次逼近真实移动距离的思路建立了位置正解模型.这种正解算法基于位置反解,所以相对简单易求.同时,用这种方法所求的解是机构在运动中可以实现的,这对于运动过程中计算机的实时控制和并联机器人的末端位姿的检测具重要的意义.     

3-PPR平面并联机构的工作空间分析

对3-PPR平面并联机构利用闭环矢量方法进行了位置正解和位置逆解的分析,建立了该机构的位置正、逆解方程,求出了简单位置正解和逆解的结果。采用MATLAB编程得出了该机构的工作空间,发现输入量的伸长范围和中间杆的伸长范围是影响工作空间形状和大小的主要因素。该研究为3-PPR平面并联机构的动力学研究、优化设计等进一步研究奠定了一定的理论基础。     

3-PRRP~((4r))三平移并联机构及运动学分析

设计构造了3-PRRP(4r)平移并联机构,分析了机构的结构特征以及自由度,求出了机构的位置正解和反解的解析式;在给定范围内,采用圆柱坐标搜索法搜索出机构动平台的运动工作空间.该并联机构结构简单、紧凑,适合应用于微动机器人、三维减振等领域.     

肘关节康复机器人机构设计及其运动学分析

现有研究中针对肘关节康复运动的机构设计几乎均采用串联机构作为机构本体,普遍存在精度低、运动惯性大、容易造成肘部肌肉的损伤等问题。鉴于此,本文设计了一种可实现肘关节二自由度康复运动的(2-PRR-S) R-PRCR并联机器人机构;并使用旋量理论验证了机构的自由度特性。利用空间几何分析法推导出机构位置逆解与位置正解表达式;进而给出了机构的雅克比矩阵,然后结合雅克比矩阵分析了机构的奇异位形。依据机构的约束条件,确定了机构的初始姿态工作空间;以最大化姿态工作空间为优化目标,并采用遗产算法对机构进行了尺度优化。基于人体肌肉运动机理,分析了肘关节康复运动时的训练效果,验证了所设计的并联机构的适用性,为后续肘关节康复训练策略的研究奠定了基础。     

2(3-RPS)并串机器人运动构型的位置正解分析

并串机器人运动构型相对单并联机器人机构,具有工作空间大,偏转能力好等优点,具有广阔的应用前景。提出了一种针对2(3-RPS)并串机器人运动构型位置正解的解析算法。首先,基于该并串运动构型的结构特点,给出了3-RPS并联机构上平台各球铰的位置坐标,再根据每一个并联机构动平台的边长为定值列出1组方程,通过迭代变换,得到只含1个未知数的16次方程,确定该并串构型的结构参数后,能够精确得出所有的位置正解。最后,给出了数值算例,得到了在具体结构参数下的32组位置正解。