基于ADAMS的4 RUPaR高速搬运并联机器人轨迹规划与运动学仿真

由于并联机构的复杂性,通过理论计算分析机器人实际规划轨迹下的运动学性能是十分困难的．为了预测4 RUPaR高速搬运并联机器人机构在搬运轨迹下的运动学性能,在ADAMS中建立了并联机构的虚拟样机,对机构进行拾取放置轨迹规划和在规划轨迹下的正逆运动学仿真．通过分析仿真结果,预测机构在规划轨迹下的运动学性能指标,为机构优化设计、控制策略研究、规划轨迹优化和物理样机制造提供参考．仿真结果表明,规划轨迹设计合理,机构运动学性能良好．     

基于单元划分和连接关系矩阵的模块化并联机器人运动学建模

为了使模块化并联机器人的运动学变化能够响应其构型的变化，提出了基于单元划分和连接关系矩阵的模块化并联机器人运动学建模方法，并以3 PRC并联机器人构型为例进行了建模研究：根据模块化并联机器人的结构特点，从机器人机构的角度对运动副处进行模块化单元划分，用连接关系矩阵描述所有单元的连接关系，连接关系矩阵可以确定并联机器人的构型；建立各单元的运动学子模型，即在固定参考坐标系中用齐次坐标变换矩阵描述各单元装配接口的空间位姿；根据相互连接的单元间运动副的类型，分析装配接口间的装配约束条件，并构建运动副的约束连续性方程。综合所有单元的运动学子建模和约束连续性方程，即得模块化并联机器人的运动学模型。该方法可适用于串联、并联或混联等任何构型的机器人。     

一种装箱作业并联机器人机构的运动性能

目的针对目前食品、药品等装箱作业要求,将一种新型二自由度平面并联机器人用于装箱生产线的作业机构,并对其进行运动性能研究,确定其能否满足生产要求。方法对并联机构进行运动学分析,建立并联机器人的雅可比矩阵,利用几何法求解位置正、逆解;引入稳定性、运动分辨率和刚度性能指标,对机构进行运动性能分析,绘制稳定性和运动分辨率在工作空间内的性能分布图谱,研究机构在竖直方向上的刚度性能。结果该并联机构在实际装箱作业中的运动性能较为稳定,抓取或者放置物体阶段具有较高精度,且竖直方向的刚度较高。结论该新型二自由度平面并联机器人能够满足产品的装箱作业,在实际装箱作业中取得了广泛应用。     

三平动并联机构动力学建模与工作空间分析

目的 以可以实现空间三维平动的3-UPU并联机构为研究对象, 对其进行运动学建模、 动力学建模以及工作空间和动力学仿真。方法 通过几何法建立机构的运动学模型, 同时使用拉格朗日方法建立3-UPU并联机构的动力学模型, 最后采用优化后的极限边界搜索法, 建立并分析并联机器人的工作空间, 求解工作空间的面积。在工作空间和速度与加速度的约束下, 采用五次样条曲线进行轨迹规划, 利用Matlab进行逆运动学与逆动力学建模与仿真。结果 通过对动力学建模仿真与工作空间的分析可知,该机构有较大和对称的工作空间, 同时拥有相对简单的动力学方程和较好的动力学性能。结论 3-UPU并联机构在工业自动化柔性包装、 搬运与加工装配中, 有广泛的应用前景。     

平面整体式三自由度全柔顺并联机构拓扑优化构型设计及振动频率分析

通过建立并联原型机构的微分雅克比矩阵方程,实现平面整体式三自由度全柔顺并联机构与并联原型机构之间的矢量同构映射。在此基础上,建立平面整体式3-PRR型全柔顺并联机构SIMP拓扑优化模型,并采用优化准则算法,结合矢量同构映射方程,进行了平面整体式3-PRR型全柔顺并联机构同构构型设计,通过应力分布和前四阶振动固有频率仿真对比研究表明：所采取的拓扑优化设计方法使平面整体式全柔顺并联机构具有一定的均布刚度和较好的振动抑制性能,且对其振动频率的分析可为机构尺寸优化及振型优化提供了重要的依据。同时,微运动特性的仿真表明其与传统并联原型机构之间的运动学同构性一致。该结果对平面整体式全柔顺并联机构的构型拓扑优化设计有实际意义。     

新型3T1R并联机器人机构运动学分析与参数优化

目的 针对生产线码垛作业货物搬运需求,设计一种3T1R码垛并联机器人机构.方法 利用方位特征方程分析机器人机构的自由度、耦合度、方位特征集等拓扑结构特性.根据运动副的构型建立运动学逆解模型,考虑到码垛机器人运动范围的精度需求,采用一种新型的数值搜索法实现并联机构工作空间的快速高效搜索,同时,分析结构参数对工作空间体积的影响,选择鲸鱼优化算法对结构参数进行最优化设计.结果 分析得到的机构工作空间较大且连续性较好,新型的数值搜索法可快速有效地搜索,得到准确的工作空间边界.结论 优化后的并联机构具有良好的工作空间和较好的应用前景.     

新型四自由度3T1R并联机器人机构运动学分析与优化设计

目的 针对自动化生产线分拣需求,提出一种新型四自由度的三平移一转动（3T1R）并联机器人机构。方法 根据方位特征集设计理论验证并联机器人机构的运动性质。利用机构的构型特点建立运动学方程模型,对其进行位置正解和逆解的分析,通过数值法搜索得到并联机器人机构的工作空间图形和转动能力等高线图。同时分析并联机器人机构的雅可比矩阵JX以及奇异性。最后以工作空间最大化作为适应度函数,基于遗传算法对机构结构尺寸进行最优化分析。结果 该机构操作空间具有规则形状、无空洞、较大的特点,优化后的并联机器人机构工作空间性能提升45%。结论 操作空间内运动灵活性较好,优化后工作空间性能得到显著改善。在电子包装自动化生产线搬运分拣领域具有较好的应用前景。     

基于等效并联机构的四足步行机器人运动分析

针对四足步行机器人机构运动学求解问题进行了研究.以螺旋理论为分析手段,提出一种基于等效并联机构的步行机器人运动分析方法.将四足机器人3足落地和4足落地状态的运动状态等效为3-UPS和4-UPS并联机构,进行了步行机器人3足、4足落地时的等效并联机构自由度分析,证明其自由度设计的正确性.对单腿机构的运动空间进行了分析和计算,通过比较研究,选取其中运动空间合理的单腿机构配置方式.最后,通过对对应等效并联机构的运动学分析,解决了不同运动状态下的四足步行机器人机构的运动学求解问题.     

并联机构虚拟样机的构建与仿真

通过以3-TPT并联机构作为研究对象,建立该并联机构的运动学正、逆解方程,并利用LabVIEW和MATLAB软件进行运动学逆解仿真,从而得到伸缩杆杆长理论变化曲线.在ADMAS/View环境中,构建该并联机构的虚拟样机,并对其进行运动仿真,得到各杆杆长的变化曲线.通过对比伸缩杆杆长理论变化曲线,验证了运动学逆解方程的准确性.同时也说明该并联机构在空间运动时,具有良好的平稳性.除此之外,利用虚拟样机技术对并联机床运动学进行研究,避免了复杂的数学建模与推导,从而大大缩减了运动学分析工作量.     

正负刚度并联隔振系统建模与性能分析

针对重型装备低频减振难题,基于正负刚度并联原理,设计一种由矩形弹簧和碟形弹簧相互并联的低频被动隔振系统。建立隔振系统的简化模型并构建其运动微分方程,运用谐波平衡法分析得到其力传递率,分析在简谐力激励下的稳态周期响应。利用MATLAB对正负刚度并联隔振系统在扫频激励和随机激励下的响应特性进行仿真分析,进而搭建力传递率测试平台,验证所建动力学模型的正确性与合理性。仿真与试验的结果表明,所设计的正负刚度并联隔振系统具有良好的隔振性能,该成果可为重型装备低频隔振的研究提供理论和实验依据。     

多臂机提综臂辅助旋铆并联机器人优化设计

提综臂是多臂机上实现凸轮开口运动的关键核心部件.为满足多臂机提综臂的自动化加工需求,设计了一种新型辅助旋铆并联机器人,以实现在提综臂旋铆加工过程中对零部件的高速、高精度抓取和摆放,显著提升生产效率和保证加工质量.首先,介绍了新型辅助旋铆并联机器人机构的拓扑结构特征,并结合旋量理论及修正的G-K(Grübler-Kutz...     

三自由度并联包装机构动力学建模与分析

目的为了提高一种三自由度并联包装机构动态性能,对其进行动力学建模与仿真研究。方法首先建立机构三维模型并进行位置反解计算,而后应用凯恩法列出动力学方程。在对支链模态分析基础上依托多体动力学仿真软件ADAMS与有限元软件Ansys,将各连接杆件由刚体转换为柔性体进行刚柔耦合动力学分析。结果通过动力学建模求得了驱动杆在广义坐标下的驱动力。由模态分析求得支链的第1阶到第6阶固有频率分别为88.656,108.95,119.96,125.33,131.07,138.77 Hz,以及机构在各个阶次下的振型。得到了机构动平台质心运动位移、速度、加速度,以及关节驱动力、力矩变化曲线。结论并联包装机构中刚度薄弱环节位于球铰连接两端,在各阶模态振型中,振动相对位移较大位置位于动平台和支链中部滑块;连接杆件会对动平台运动性能、关节驱动力产生一定的影响。分析结果为并联机构进一步优化提供了理论依据。     

SIMULATED ANNEALING AND PARALLEL PROCESSING: AN IMPLEMENTATION FOR CONSTRAINED GLOBAL DESIGN OPTIMIZATION

Global optimization becomes important as more and more complex designs are evaluated and optimized for superior performance. Often parametric designs are highly constrained, adding complexity to the design problem. In this work simulated annealing (SA), a stochastic global optimization technique, is implemented by augmenting it with a feasibility improvement scheme (FIS) that makes it possible to formulate and solve a constrained optimization problem without resorting to artificially modifying the objective function. The FIS is also found to help recover from the infeasible design space rapidly. The effectiveness of the improved algorithm is demonstrated by solving a welded beam design problem and a two part stamping optimization problem. Large scale practical design problems may prohibit the efficient use of computationally intensive iterative algorithms such as SA. Hence the FIS augmented SA algorithm is implemented on an Intel iPSC/860 parallel super-computer using a data parallel structure of the algorithm for the solution of large scale optimization problems. The numerical results demonstrate the effectiveness of the FIS as well as the parallel version of the SA algorithm. Expressions are developed for the estimation of the speedup of iterative algorithms running on a parallel computer with hyper-cube interconnection topology. Computational speedup in excess of 8 is achieved using 16 processors. The timing results given for the example problems provide guidelines to designers in the use of parallel computers for iterative processes.     

Differential evolution techniques for the structure-control design of a five-bar parallel robot

The present work deals with the use of a constraint-handling differential evolution algorithm to solve a nonlinear dynamic optimization problem (NLDOP) with 51 decision variables. A novel mechatronic design approach is proposed as an NLDOP, where both the structural parameters of a non-redundant parallel robot and the control parameters are simultaneously designed with respect to a performance criterion. Additionally, the dynamic model of the parallel robot is included in the NLDOP as an equality constraint. The obtained solution will be a set of optimal geometric parameters and optimal PID control gains. The optimal geometric parameters adjust the dynamic and the kinematic parameters, optimizing then, the link shapes of the robot. The proposed mechatronic design approach is applied to design simultaneously both the mechanical structure of a five-bar parallel robot and the PID controller.     

3-CRS-S并联机构的运动学分析及仿真

目的 对3-CRS-S并联机构进行运动学分析及仿真,验证该机构是否具有优良的运动学性能.方法 运用修正的Kutzbach-Grübler公式对机构进行自由度计算,并分别采用D-H法和数值算法中的粒子群优化算法(PSO)对该3-CRS-S并联机构的位置正逆解进行分析,运用Adams软件对3-CRS-S并联机构进行角度和角速度分析.结果 得出该机构的位置逆解和正解,以及运动学仿真后的角度、角速度图像,该图像曲线均呈现为有规律、周期性的变化,且曲线没有出现有任何断点和突变点,运动范围相对稳定,说明该机构在运行过程中运行平稳.结论 该机构在运动过程中运行平稳,具有良好的运动学性能,在自动化包装机械领域具有广阔的应用前景.     

一种新型六自由度SCARA机器人设计与运动学分析

目的 针对传统四自由度SCARA机器人末端灵活性不足的问题，设计一种新型的六自由度SCARA机器人。方法 首先在传统四自由度SCARA机器人结构特点分析的基础上，通过改进其末端结构以增加机器人的自由度，从而提高其末端的灵活性。然后分别采用D–H参数法与代数法建立该机器人的运动学正解模型与逆解模型。在此基础上，采用对比法在Matlab的Robotics Toolbox工具箱中对该机器人开展仿真分析，验证机器人运动学模型的正确性。最后，基于五次多项式插值算法对机器人开展轨迹规划研究。结果 实验结果显示该机器人的运动轨迹、速度与加速度曲线光滑连续，没有任何断点与突变点。结论 表明该机器人运动平稳，具有良好的运动学性能，从而为后续该机器人的运动控制奠定了良好的基础。