基于大行程柔性铰链的并联机器人刚度分析

基于大行程柔性铰链的并联机器人系统可以在立方厘米级的工作空间内提供亚微米级的运动精度。所采用的大行程柔性铰链的几何参数及其在空间内的布置,将会直接决定并联机器人的系统刚度,从而间接的影响整体系统的工作空间、承载能力和驱动负荷等一系列系统性能。提出了大行程柔性铰链基于刚度方程的弹性模型,采用刚度组集的方法并通过建立协调方程,构建得到整体系统的刚度模型。进而进行了系统刚度性能分析,得到系统刚度影响图谱,为这类新型的柔性并联机器人的设计与开发提供了有力依据。     

一种新型3自由度大行程微定位平台设计与分析

为解决微定位平台大行程与高精度之间的矛盾,提出一种新型的3自由度柔性并联机构。该机构三条支链采用特殊方式与动平台相连,使整体机构结构紧凑且具有良好的力学传递性能。同时,机构采用行程大,分辨率高,便于控制的电磁驱动器作为驱动部件,保证机构在不需要引入放大机构的前提下便可获得较大的行程和较高的分辨率。使用大行程柔性铰链代替普通的球铰,降低了加工制造难度和机构刚度模型的求解难度。采用螺旋理论分析了3-P(4S)并联机构末端运动特征,结合单元刚度矩阵法和矩阵位移法推导了3-P(4S)柔性并联机构的静刚度模型,并采用ANSYS进行了分析验证。     

3-PPSR并联微动机器人静刚度分析

为简化6支链并联微动机器人的复杂结构,减小装配误差,提出压电陶瓷驱动的3-PPSR构型6自由度并联微动机器人结构.采用整体式下平台和三条两端带有柔性球铰链和直圆柔性铰链的支杆,使结构紧凑并有利于提高精度.为分析对并联微动机器人精度具有重要影响的静刚度指标,首先求出此类机器人的逆解矩阵及支杆柔性铰链处微小角位移和末端位姿的关系.在此基础上,考虑支杆两端柔性铰链和弹性平板的弹性变形,运用虚功原理推导并联微动机器人静刚度矩阵.进而仿真分析机构各几何参数对静刚度的影响,获得支杆两端铰接点半径及直角弹性平板和支杆两端柔性铰链尺寸对刚度的影响规律,为此类并联微动机器人刚度配置和机构优化设计提供理论依据.     

4-URU柔性并联机构构型设计及支链刚度分析

针对4-URU型柔性并联机构,提出了一种对支链刚度的新型求解方法,应用软件仿真结果验证该方法的有效性.首先,利用螺旋理论对4-URU刚性并联机构进行自由度分析,采用柔性铰链替换法设计相应的柔性并联机构.基于柔性铰链刚度矩阵,利用转换矩阵法求得支链的铰链刚度矩阵,利用有限元理论分别求得支链各柔性杆刚度,通过线性叠加求得支...     

一种新型可重构Stewart衍生型并联机器人的奇异位形及工作空间

设计了一种新型可重构Stewart衍生型并联机器人,并对其奇异位形及工作空间进行了分析.基于矢量代数法推导出并联机器人位置反解的全解析表达式,并通过算例验证其正确性;基于直接微分法推导出并联机器人的雅可比矩阵,进一步地,结合Gosselin法分析了该并联机器人的奇异位形;建立了并联机器人结构中球铰链和二重复合虎克铰链的转角约束方程,结合位置反解解析式并运用有限离散法,获得了并联机器人的位置工作空间和姿态工作空间.研究内容为可重构Stewart衍生型并联机器人后续的轨迹规划、机构优化研究奠定了基础.     

三支链六自由度并联柔性铰微动机器人的研究

提出了一种过程中采用的新型三支链六自由度并联微动机器人结构。采用两端分别带有柔性球铰和柔性旋转铰的支杆以简化结构,整体加工包含三个二自由度单元的基平台来有效减小装配误差,并用压电陶瓷驱动弹性平板获得高分辨率高精度。根据运动影响系数理论对其运动学进行分析,求出了其平动台、支杆和柔性铰链的速度表达式。考虑柔性铰链的弹性变形,基于虚功原理建立了其刚度模型。 分析了此类并联微动机器人的设计目标和柔性铰链设计原则,采用模块化精密定位控制器设计了控制系统。实验结果表明,所设计的微动机器人可达到纳米级精度, 简化了六支链六自由度并联微动机器人的复杂结构,减小了装配误差。     

基于压电陶瓷驱动的并联微动机器人静力学及其微动平台的静刚度分析

并联微动机器人通过弹性铰链的弹性变形实现终端平台的微运动,静力学和静刚度是微动机器人必须解决的问题。充分考虑弹性铰链的弹性反力/力矩,对6-PSS并联微动机器人进行静力学分析,建立了压电陶瓷驱动力与微动平台外载的关系模型,并定义了微动机器人的驱动刚度矩阵。基于并联微动机器人的特殊性,定义了微动平台的刚度,通过静刚度分析推导出了微动平台刚度矩阵,为并联微动机器人结构刚度设计、弹性铰链刚度综合和动力学分析提供了理论基础。     

新型3-RPC柔性精密平台的刚度与动力学分析

提出了一种新型空间柔性并联精密平台,该平台采用压电陶瓷驱动方式,通过单自由度柔性铰链的弹性变形实现末端执行件3个方向的运动;采用柔度矩阵变换法,建立了该柔性精密平台的刚度模型,并用有限元方法对刚度模型进行了验证。在此基础上,讨论了柔性铰链结构参数对平台刚度的影响规律;采用拉格朗日法建立该平台的动力学方程,利用有限元对其进行了模态分析,讨论了3组不同柔性转动副结构参数对微动机构自然频率的影响。     

并联机器人连杆的安全行程分析

针对并联机器人存在的运动失控、铰链约束、连杆干涉等不安全因素,讨论了连杆的安全行程问题.找出了6自由度并联机器人的16种不同极限状态.通过位置反解迭代求解位置正解,并且综合考虑铰链转角约束和连杆干涉约束的方法,建立了机构的安全检验算法.然后采用二分逼近法求取连杆的安全行程.通过实例得到了机构结构参数与安全行程的关系.     

4自由度混联机器人静刚度分析

研究一种新型混联机器人模块-Bicept的半解析刚度建模方法。该模块由一含恰约束支链的2自由度平面并联机构和一与动平台末端串接的2自由度转头构成,是Tricept机器人的一种二维形式,具有制造成本低,工作空间大的特点,配以长行程导轨,可用于飞机壁板数字化自动制孔等场合。在完成2自由度并联机构位置逆解分析和变形分析基础之上,基于全变形雅可比矩阵建立该机构的静刚度半解析模型。建模中考虑了所有支链构件及铰链的弹性贡献,并侧重研究其恰约束支链弯曲刚度的精确建模问题。通过算例获得Bicept机器人面内静刚度在工作空间中的分布规律,并通过ANSYS有限元分析软件验证了计算结果的正确性。     

基于柔性并联连续体的灵巧操作手的设计及分析

提出了一种新型4-DOF柔性并联连续体机构，将该机构与末端绳驱动的抓手相结合，设计完成具有灵活抓取性能的操作手。将该柔性机构通过柔性支链等效的方式等效为传统刚性连杆的并联机构，并且运用螺旋理论对该机构进行自由度分析；采用经典的Cosserat Rod模型对机构进行运动学建模；通过对比分析三种并联连续体机构的可操作度，4-DOF并联连续体机构由于具有一个额外的扭转自由度，使得操作手能够更加灵活地抓取物体，在此基础上给出了一组操作手抓取的仿真实例。最后通过试验验证机构自由度以及运动学模型的数值解，并且实现操作手灵活抓取的性能。     

混合型4自由度并联机构及其运动学建模

提出一种混合型４自由度并联平台机构，该机构的动平台能够实现两个方向的移动以及绕两个方向轴线的转动。研究了该机构的运动学建模方法，给出了运动学正、逆解。基于本文所提出的４自由度并联机构已成功地研制出一台五坐标并联机床。     

一种新型四自由度并联平台机构及其位置分析

提出了一种能实现空间三维移动和绕 z轴转动的并联机器人机构模型——空间4- TRT并联机构。文中采用螺旋理论分析了它能实现空间三维移动和绕 z轴转动的机构学原理 ,计算了它的自由度 ;给出了其位置反解的方法 ,推导出了位置正解的封闭方程 ,并进行了数值验证。     

双连杆柔性臂动力学建模与仿真分析

基于修正的固定界面子结构模态综合法———Craig-Bampton法,利用多体系统动力学仿真分析软件MSC.ADAMS与有限元分析软件MSC.NASTRAN完成对双连杆柔性机械臂动力学建模,进行了运动学仿真分析,并且与刚性臂运动相比较,对柔性机械臂末端运动振动信号进行了频谱分析。分析结果表明,这种方法在多柔体系统建模和分析中是精确和高效的。     

四滑块平台机构及其运动学建模

提出一种用水平导轨上4个滑块作为原动件的混合型4自由度并联平台机构，该机构的动平台能够实现2个方向的移动以及绕2个方面轴线的转运，研究了该机构的运动学建模方法，给出了运动学正逆解，并阐述了春应用前景。     

一种四滑块驱动的并联机构及其运动学建模

提出了一种用水平导轨上 4个滑块作为原动件的 4自由度并联平台机构 ,该机构的动平台能够实现两个方向的移动以及绕两个方向轴线的转动 ,同时研究了该机构的运动学建模方法 ,给出了运动学正、逆解 ,并阐述了其应用前景。     

一种3自由度并联柔索驱动柔性操作臂的建模与控制

以一种3自由度并联柔索驱动机器人为研究对象,研究这种并联柔性系统的控制规律。考虑到运动描述的唯一性及易测性,取约束关节的位置作为广义关节变量,用以描述操作臂的运动状态。在此基础上分析了操作臂的运动学和静力学关系,建立了并联柔性系统的动力学模型。然后,以轨迹控制为目标,分别基于刚性模型和柔性模型设计控制器,并对系统的性能进行分析和仿真。结果表明:基于刚性模型控制器的性能较差,而基于柔性模型的奇异摄动方法则可以获得较好的控制效果。     

五自由度泄漏封堵移动机械臂运动学模型

泄漏对堵移动机械臂由移动平台和安装在平台上的机械臂组成,建立移动机械臂的运动学模型是设计泄漏封堵移动机械臂的理论基础.根据槽罐泄漏机械臂必须完成的动作,建立了五自由度泄漏封堵移动机械臂运动学模型,利用逆运动学的求解,进行了该模型的Matlab仿真,结果表明该运动学模型是可行的.     

考虑刚柔耦合影响的双柔性臂动力学特性研究

将空间可展天线的伸展臂等效为含集中质量的双柔性臂系统,将飞行器平台作为双柔性臂系统的支承件,将末端夹持器及装置作为集中质量,利用假设模态法和拉格朗日方程建立了双柔性臂的刚柔耦合动力学模型。采用数值方法求解了双柔性臂的运动学特性和振动特性及其变化规律。结果表明,考虑刚柔耦合效应后,臂的柔性会引起其角速度、角加速度以及振动特性的变化,揭示了天线的伸展臂大范围运动和变形运动的相互耦合,在研究的基础上可进一步实现该柔性臂的优化设计。     

高压特种作业机械手运动学分析及仿真

高压输电线路长时间暴露在外,会产生输电线路故障,需及时发现并维修。为此,设计了高压输电线路维修机械手,并对其运动学进行了分析。设计的机械手自由度为6个,且6个关节均为旋转关节。首先确定机械手的连杆坐标,连杆的D-H参数,使用Matlab来绘制机械手三维模型。运用Robotics Toolbox中的FKINE和IKINE两个函数来求解机械手的运动学的正解问题和逆解问题。