一种新型具有三维移动自由度并联机器人运动学分析

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 ,进行了机构运动输出特性分析及运动确定性分析 ;给出了其位置分析的正、逆解析解 ,并分析了该机构的输入—输出运动解耦性     

一种新型解耦二腿三维平移并联机构及其运动分析

基于以单开链为单元的并联机器人机构组成原理,设计了一种动平台能实现空间三维纯移动的二腿并联机器人机构,对其进行了机构运动确定性分析、运动输出特性分析;还给出了其位置分析的正、逆解析解及速度解析解,讨论了该机构的输入-输出运动解耦性。     

一种新型解耦二腿三维平移并联机构及其运动分析

基于以单开链为单元的并联机器人机构组成原理．设计了一种动平台能实现空间三维纯移动的二腿并联机器人机构,对其进行了机构运动确定性分析、运动输出特性分析；还给出了其位置分析的正、逆解析解及速度解析解，讨论了该机构的输入-输出运动解耦性。     

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．     

一种2自由度平面并联机器人的精度分析

以一种2自由度平面并联机器人机构为对象,分析了该并联机器人机构的误差源,首先利用图解法得到该平面并联机器人机构的可达工作空间和有效工作空间,再利用环路增量法和误差分离技术导出了末端位置误差与误差源之间的映射关系,因而为其在工作空间内的位姿误差建立了数学模型,给出了这个平面并联机器人机构位姿误差的计算方法,从而对其进行精度分析,最后借助于搜索法得到了其在有效工作空间内的误差分布图像.     

一种新型高速精密机器人的弹性动力学研究

针对机器人机构的特点,将结构动力学中的固定界面子结构模态综合法与有限单元法相结合,进行了并联弹性连杆机器人机构的动力学分析,设计了一种新型两自由度高速精密平面并联机器人.通过数值仿真,计算出并联弹性连杆机器人机构的动态响应、固有频率及其对应的模态阻尼,并与实验样机的实测结果进行比较,表明了该方法的有效性.     

基于螺旋理论的钢带并联机器人力学特性数值分析

为了克服传统的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,拓宽并联机器人的应用领域,提出一种新型的六自由度钢带并联机器人机构形式.阐述了钢带并联机器人结构组成、工作原理、钢带运动副关键技术,并对不同结构的钢带进行了有限元分析,得到结构参数改变时钢带能承受的失稳力.基于螺旋理论建立了钢带并联机器人力学模型,对刚带并联机器人受力进行数值计算,得到钢带并联机器人不同位姿与结构对各钢带受力的影响规律,为优化钢带并联机器人的结构与运动参数提供理论依据.研究结果表明：弯曲截面结构的钢带承压能力较好,钢带失稳力随钢带圆弧截面中心角、钢带厚度增大而增大,随钢带长度增大而减少.其他结构参数一定,载荷力为400 N时,动平台外接圆半径为210 mm,动平台沿Z轴运动范围受卷筒装置中钢带长度的限制,沿Y轴运动范围为-745~680 mm,沿X轴运动范围为-675~675 mm,动平台绕Z轴旋转角度范围为-87 °~87 °,绕Y轴旋转角度范围为-77 °~77 °,绕X轴旋转角度范围为-90 °~66 °.     

一种新型混联手术机器人的运动学分析

根据手术机器人手术操作空间和运动特性要求,提出一种具有冗余8自由度的新型混联手术机器人结构.该混联结构由SCARA(PRR)串联机构和一个2自由度并联转动机构相结合而成.通过建立机器人正向、逆向运动学数学模型,解决了该机器人逆运动学解析解的问题,得到了运动学特征方程;运用蒙特卡洛法求解出机器人的工作空间云点区域分布,得到了由随机点构成的手术工作空间.理论分析和实际仿真结果表明该机器人结构具有良好的运动特性,并满足实际手术动作的工作空间要求,为手术机器人的详细结构设计提供了可靠的理论依据.     

平面绳索牵引并联机器人静态刚度

以平面绳索牵引并联机器人为对象,对动平台的静态刚度进行理论分析和仿真研究.针对平面1R2T绳索牵引机构模型,建立系统静态力螺旋平衡方程,通过微分变换推导动平台静态刚度表达式,得出影响系统静态刚度的因素为绳索拉伸刚度和绳索拉力,且两者的影响是相互耦合的.通过有限元软件ANSYS建立了平面绳索牵引并联机器人模型,根据等效静...     

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.     

2-DOF平面并联机器人结构参数优化的研究

提出了一种新颖的高速高精度机器人机构采用高速精密直线电机驱动-2-DOF平面并联杆机构.在杆机构的设计中,以结构紧凑和抑振为目标,分别采用模拟退火算法和有限元动力仿真进行了几何尺寸和截面尺寸的优化,并提出了一种基于本模型特点的新解产生机制.实验测试结果表明经优化设计后的平面并联杆机构刚度大,高速运动下的残余振动＜1 μm,直线电机的稳定时间成为决定机器人稳定时间的关键因素.     

Closed form solution to the position workspace of Stewart parallel manipulators

ＩｔｉｓａｃｋｎｏｗｌｅｄｇｅｄｔｈａｔｔｈｅｗｏｒｋｓｐａｃｅａｎａｌｙｓｉｓｐｌａｙｓａｎｉｍｐｏｒｔａｎｔｒｏｌｅｉｎｄｅｓｉｇｎｏｆＳｔｅｗａｒｔｐａｒａｌｌｅｌｍａｎｉｐｕｌａｔｏｒｓ(ＳＰＭ).Ｉｔｉｓｐｒｉｍａｒｉｌｙｃｏｎｃｅｒｎｅｄｗｉｔｈｅｖａｌｕａｔｉｏｎｏｆｔｈｅｐｏｓｉｔｉｏｎａｎｄｏｒｉｅｎｔａｔｉｏｎｃａｐａｂｉｌｉｔｉｅｓｏｆｔｈｅｍｏｂｉｌｅｐｌａｔｆｏｒｍｗｉｔｈｔｈｅｋｎｏｗｌｅｄｇｅｏｆｔｈｅｓｔｒｕｃｔｕｒａｌｐａｒａｍｅｔｅｒｓ,ｔｈｅｒａｎｇｅｏｆｔｈｅ…     

一类平面欠驱动机械系统控制方法综述

欠驱动机械系统是机器人和非线性系统控制的研究热点,笔者对一类含有单一被动关节的平面欠驱动机械臂系统的控制方法的研究现状进行综述。给出了平面欠驱动机械臂的动力学模型和结构特点,并介绍了积分特性;根据积分特性将平面欠驱动机械臂分为完整系统、一阶非完整系统和二阶非完整系统, 并对现有运动控制方法展开分析和讨论;在此基础上,对平面欠驱动机械臂系统控制存在的问题进行了简要分析,针对未来研究方向进行了展望,如统一的控制策略,多被动关节平面机械臂控制,多平面欠驱动机械臂控制,空间欠驱动机械臂控制,鲁棒策略和实验验证。     

冗余驱动的平面并联操作手的输入力优化

介绍了带冗余驱动器的平面并联操作手的两种结构,基于动力学方程分析了它们对不同的优化目标的输入力最优化问题.结果表明,加入冗余驱动,可明显降低并联操作手的驱动力     

三自由度球面并联机器人机构的边角关系

用一种新方法解决球面并联机器人的运动学问题。首先使球面机构平面化，然后用类似于平面机构分析的方法导出一般三自由度球面并联机器人Stewart平台的位姿方程，进而导出类似于平面并联机构的输入输出速度方程。这种方法方便易学，便于实际应用。     

Dynamic modeling and analysis of 3-RRS parallel manipulator with flexible links

The dynamic modeling and solution of the 3-(R)RS spatial parallel manipulators with flexible links were investigated. Firstly, a new model of spatial flexible beam element was proposed, and the dynamic equations of elements and branches of the parallel manipulator were derived. Secondly, according to the kinematic coupling relationship between the moving platform and flexible links, the kinematic constraints of the flexible parallel manipulator were proposed. Thirdly, using the kinematic constraint equations and dynamic model of the moving platform, the overall system dynamic equations of the parallel manipulator were obtained by assembling the dynamic equations of branches. Furthermore, a few commonly used effective solutions of second-order differential equation system with variable coefficients were discussed. Newmark numerical method was used to solve the dynamic equations of the flexible parallel manipulator. Finally, the dynamic responses of the moving platform and driving torques of the 3-RRS parallel mechanism with flexible links were analyzed through numerical simulation. The results provide important information for analysis of dynamic performance, dynamics optimization design, dynamic simulation and control of the 3-RRS flexible parallel manipulator.     

基于倍矩阵的1P5R串联机械手逆运动学分析

将倍矩阵引入到串联机械手运动学分析的建模中,结合四维旋转矩阵,提出了一种空间1P5R串联机械手逆运动学分析的新方法。基于倍矩阵和四维旋转矩阵对空间1P5R串联机械手进行运动学建模,直接得到14个逆运动学约束方程;将14个方程通过线性消元和Sylvester结式消元,得到只含1个关节变量的一元16次方程。通过数字实例求解和SolidWorks软件仿真验证了所提方法的正确性。所提方法最大的优势在于可直接获得14个逆运动学约束方程,不需要进行矢量运算或者投影等,为空间其他串联机械手的逆运动学建模提供了一种新思路。     

连杆机构运动学几何代数求解综述

介绍了连杆机构研究中涉及几何学的一些问题,包括平面、空间连杆机构;串联、并联机构的建模与求解;机构运动分析与综合等.在建模和求解方面,主要介绍了目前对上述问题进行研究的一些新方法以及利用计算机对这些问题进行处理时出现的问题和应采取的措施.     

基于改进遗传算法的移动机械臂拣选路径优化

传统移动机械臂路径规划算法没有根据抓取点分布情况对工位点坐标进行优化,效率低,对此,提出了一种基于改进遗传算法的移动机械臂拣选路径优化方法.通过对拣选物品位置的分析,建立单个工位点上移动机械臂分拣路径模型和多工位点的旅行商（TSP）问题模型,运用改进的遗传算法,在工作空间内对各个工位点的位置坐标寻优,规划出移动机械臂抓取的最短路径和多工位点间移动的最短路径.实验结果表明,与传统遗传算法可能,运用改进的等级进化选择算子和最优近邻交叉算子,遗传算法的收敛速度提高了46.15%,路径缩短了45.99%,系统运行时间减少了25.80%,提高了系统效率.     

ZrO2陶瓷颗粒在激光作用下组织形貌演变规律

基于Chebyshev扩张函数的空间机械臂区间运动精度可靠性分析

魏娟，张建国，杜小松

（北京航空航天大学 可靠性与系统工程学院，北京 100083）

创新点说明：

本文提出了Chebyshev扩张函数（CIF）来逼近参数激励系统的动态响应函数，然后基于机构可靠性分析方法和区间不确定性模型评估了空间机械臂的运动精度可靠性（MAR）。

研究目的：

1）空间机械臂的运动精度可靠性受设计变量的影响，空间机械臂部分设计变量为区间变量；

2） 运动精度可靠度与设计变量之间的关系通常是隐式的。

研究方法：

1）运用Chebyshev扩张函数（CIF）来逼近参数激励系统的动态响应函数；

2）基于机构可靠性分析方法和区间不确定性模型评估了空间机械臂的运动精度可靠性（MAR）；

3）运用双连杆机械臂案例，连杆的长度和力矩为区间变量，计算速度的精度可靠性。计算结果与蒙特卡洛方法计算的结果进行对比。

结果：

与传统的蒙特卡罗模拟（MCS）相比，所提出的方法需要更少的样本以获得更准确的可靠性。

结论：

本文提出一种基于CIF的MAR分析方法，用于涉及区间不确定参数的机械手。在该方法中，应用CIF来估计区间函数的界限，并控制区间运算中的高估。CIF方法可以量化区间不确定性信息对柔性机械手的动态响应的影响。基于非概率可靠性理论，预测了双连杆柔性机械臂的MAR。为了验证CIF方法，应用MCS方法来计算MAR。作为自然结果，所提出的方法可以用纯间隔参数模拟柔性机械手的动力学。双连杆机械手的情况表明，该方法可有效解决纯间隔参数的不确定性问题。最后，通过使用全局灵敏度分析进行对灵敏度进行分析以促进优化设计。

关键词：空间机械臂，运动精度可靠性，区间理论，Chebyshev扩张函数 (CIF)