基于全局动力学性能的并联机床结构参数优化

提出了一种以并联机床动力学模型为基础的结构参数的优化方法。以6—UPS型并联平台机构支链为研究对象进行了运动学分析，给出了机构支链的运动学方程和速度加速度映射公式，以运动学为基础叙述了该机构动力学建模过程，建立基于全局指标结构参数优化模型，并对6—UPS型并联机床进行了优化计算。为检验结果的正确性，采用仿真机构运动的方法对优化结果进行了验证。     

六自由度并联运动平台动力学建模及分析

通过分析液压驱动六自由度运动平台的运动学,给出了系统各部件的速度、加速度之间的关系。利用雅克比矩阵将各部分惯量影响投影到平台广义速度方向,运用凯恩方程建立了考虑支链液压缸惯性影响的系统完整的动力学模型。由动力学模型计算出平台在以不同的姿态运动时各支链的受力情况,为并联运动平台的设计优化以及动态分析提供了基础。最后运用所建立的动力学模型对实际运动平台的驱动力进行了仿真分析计算。     

含冗余支链的二自由度微动平台运动学分析

引入冗余支链设计微动平台,采用并联机构的构型原理分析了微动平台末端能够实现的输出运动特征,保证了引入冗余支链的同时不改变机构的运动学特性。在此基础上给出了中轴线对称布置和对角线对称布置的两种含冗余支链的微动平台结构形式,并采用矢量法分别建立了其运动学模型并给出了实例,分析结果表明对角线对称布置方案在两轴线方向上的驱动特性一致,而中轴线对称布置方案在两轴线方向上表现了非对称性,两种方案适用于不同的应用场合,结论为微动平台的实际选型和参数设计提供了理论基础。     

一种新型并联机构的运动学分析

该机构由动平台、静平台、上折页、下折页和作动器构成,动平台与上折页以球副连接,上下折页、下折页与静平台、作动器与静平台以及作动器与上折页以转动副连接。其中上下折页和作动器组成一组支链,支链内部也形成闭环,且由三组对称的支链构成这种折页式三自由度并联机构。为了获得该并联机构的运动学参数变化和奇异性,运用支链坐标系的方法,对该机构的每一个构件都做了详细的运动学分析,并且获得了该系统的雅克比矩阵和各构件的运动学参数。通过对雅可比矩阵的分析,获得了该机构的奇异空间。     

2T1R并联机构的运动学及工作空间分析

针对并联机构兼具误差小、精度高的特点,提出一种含1条冗余支链的新型2T1R双层并联机构。首先,构建坐标系,基于螺旋理论对机构的自由度进行分析,得出该机构具有3个自由度的结论,其中一条支链为冗余支链。其次,根据机构的运动特性,建立机构的运动学正解和逆解模型。通过具体的数值算例得出运动学正解模型的变化曲线和逆解的数值结果。将理论计算结果与ADAMS仿真结果进行对比分析,验证了所构建运动学模型的正确性。最后,进行机构的工作空间分析,得到动平台Ⅱ能显著扩大z向的工作空间和姿态角大小。该研究为机构的构型设计及实际应用提供理论依据。     

空间3-DOF柔性并联微动平台运动学分析

提出了一种空间3-DOF柔性并联微动平台,该平台共有三个支链,每个支链均有一个球副,一个移动副和一个转动副组成的混合副。根据封闭环矢量法建立运动学模型,并求得微动平台的运动学逆解;然后根据动平台的几何关系,求得微动平台的运动学正解;并且对微动平台的速度进行了分析,得到速度的雅可比矩阵;最后,利用Adams对微动平台进行了运动学仿真分析。     

空间刚柔耦合并联机构系统的频率特性分析

对空间刚柔耦合并联机构系统的固有频率特性进行分析.建立一种空间有限元梁单元新模型,基于有限元法和Lagrange 方程导出有限元梁单元的运动微分方程.通过分析动平台运动参量与运动支链间的运动关系,得到刚柔耦合并联机构系统的运动学约束条件,并由Newton-Euler方程得到系统动平台的动力学模型.根据系统的运动学约束条件和动平台的动力学模型,经过各个单元运动微分方程的有机组装,导出刚柔耦合并联机构系统的整体动力学方程.在此基础上,通过算例3-RRS刚柔耦合并联机构系统的频率特性分析,总结空间刚柔耦合并联机构系统的固有频率与机构基本参量之间的内在规律.结果显示,刚柔耦合并联机构系统的结构尺寸、支链中杆件的截面参量和材料参量等对系统的固有频率都有显著影响.研究对进一步研究刚柔耦合并联机构的动态特性和机构优化设计具有重要的指导意义.     

3-PRS并联机构的动力学惯量耦合特性分析

针对3-PRS并联机构动力学惯量耦合特性的问题,在关节空间中建立了机构的动力学模型,对机构主动支链之间存在的惯量耦合进行了研究。首先,给出了机构的运动学模型,针对动平台广义位姿、速度、加速度存在耦合的问题,分别通过约束方程、一阶影响系数矩阵、二阶影响系数矩阵,对其进行了解耦,并建立了各支链与动平台末端速度、加速度的映射关系,对机构运动学进行了仿真验证;其次,采用虚功原理建立了机构的动力学模型,并进行了仿真验证;然后,建立了机构在关节空间的动力学模型;最后,在机构的工作空间内,研究了惯量耦合特性评价指标随机构运动的分布规律。研究结果表明:在机构的工作空间内,在一定程度上,通过合理规划机构的运动范围,可以减小并联机构主动支链间的动力学惯量耦合强度。     

∏LR&RR球面并联机构动力学分析

针对应用于高速定点转动的雷达天线的∏LRRR二自由度球面并联机构进行了运动学和动力学研究。推导出动平台的2个姿态变量与驱动构件的2个角度变量之间的关系式,即运动学正解。采用拉格朗日法建立了球面并联机构的动力学模型。应用MATLAB软件对动力学模型进行了实例计算,得出了驱动构件和动平台的角度、角速度和角加速度的变化曲线及驱动力矩的变化曲线。结果表明,∏LR支链驱动力矩较大且振幅较大,RR支链驱动力矩较小且变化较平缓。通过对比Solid Works软件运动仿真结果验证了动力学模型的正确性。     

3SPS+1PS四自由度并联仿生平台运动学分析

针对3SPS+1PS对称型并联仿生平台,利用螺旋理论对其进行自由度分析得出该机构具有三转一平4个自由度,当平动自由度固定时可用于模拟人体髋关节的三维运动。基于四元数法建立了机构位姿运动方程。以四元数描述机构运动特性,避免了欧拉角描述刚体位姿存在的奇异问题。将髋关节运动曲线作为机构输出运动,基于逆运动学模型仿真出各驱动支链位移变化曲线为平滑曲线,说明该机构在模拟髋关节运动时其驱动支链易于控制。     

双目主动视觉监测平台设计

为解决并联机器人的盲工作状态,提高并联机器人的运动精度,提出了一种双目主动视觉监测平台。基于虚拟样机设计方法构建了视觉监测平台的装配体模型,并应用COSMOSMotion进行了运动仿真。基于网格划分方法,对视觉监测平台中的关键运动部件进行了有限元分析,保证了样机设计的可靠性。最后,研制了双目主动视觉监测平台样机,并对该样机进行了标定,确定了样机的结构参数和性能参数。     

Stewart平台运动学分析与仿真研究

以Stewart平台为研究对象,采用矢量法建立了逆运动学模型,对其位置、速度和加速度进行了分析。采用Newton-Raphson迭代法对该平台运动学正解进行了分析,该方法可以迅速求解,满足控制的实时性要求。机构的运动学模型为该机构作进一步的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。最后通过建立虚拟样机,进行了运动学和动力学仿真,据此选出了满足实际需要的电机和电动缸。     

3-PRS并联机构运动分析及仿真

介绍了一种3-PRS空间并联机构,在用螺旋理论对该机构进行运动分析的基础上,用UG构建了该机构虚拟样机并导入ADAMS软件对其进行运动学仿真,利用ADAMS强大的运动仿真、函数、测量及后处理功能,验证了该并联机构是一个全对称的空间三自由度并联机构,动平台可以实现绕X轴、Y轴方向的转动及沿Z向的平动,与螺旋理论运动分析结果完全一致,为将来的原型样机设计、控制等研究工作提供了相关的参考依据。     

液压卸货平台的运动仿真及可视化

为了在实际制造之前对液压卸货平台进行仿真验证,提出并实现了一种单叉液压卸货平台的运动学仿真和可视化的方法,即利用CAD模型、约束关系、运动学分析数据,综合使用UG、MA-YA、RTT等多种工具相互配合实现复杂机构的运动仿真。仿真结果显示设计方案满足功能要求。     

弧齿锥齿轮大轮齿面的三维仿真

基于格里森机床由运动学方法和啮合方程推导出大齿轮齿面方程，采用I—DEAS软件，通过由齿面方程得到的曲率线网构造出齿轮齿面，做成弧齿锥齿轮的三维仿真模型。     

Kinematic calibration analysis of 3SPS + 1PS bionic parallel test platform for hip joint simulator

As the key component of the parallel hip joint simulator, 3SPS + 1PS bionic parallel test platform owns four degrees of freedom including three rotations and one translation. When the moving platform stays at a given translation position, the parallel manipulator can represent three-dimensional rotating gait motions of the hip joint for the purpose of evaluating the friction characteristics of biological materials. Because of the manufacturing and assembling errors, the actual structure parameters of the parallel manipulator are not more accurate than the theoretical values and its reduced simulation accuracy will bring the uncertain evaluation. So in order to improve the precisions in the design, manufacture and assembly of the parallel manipulator, it is necessary to calibrate the kinematic parameters. Considering the structural characteristics of the parallel manipulator, its error model and the corresponding compensation method are established based on the complete differential-coefficient theory. According to the constant values of two orientation angles, the orientation residual matrix is constructed by adopting the incomplete measurement method and the forward kinematics functions, so its cost function can be defined. The iterative algorithm based on the least square method is applied to identify the structure parameters and obtain their optimal solutions, and then the actual kinematic calibration process is simulated by numerical method. The simulation results show that the comprehensive orientation error after calibration is greatly decreased, and the effectiveness of the calibration method is validated.     

基于构形控制的仿人机器人操作臂最小关节运动研究

以宜人化双臂操作服务型机器人的左臂为研究对象，进行仿真研究与分析。建立七自由度的冗余操作臂的运动学模型；以加权关节运动为优化目标，利用构形控制的方法求解操作臂的运动学逆解。仿真结果证明，在保证操作臂末端精确跟踪设定轨迹的前提下，关节运动避免了极限，加权关节运动得到了优化，算法和优化指标有效可靠。     

六自由度机械臂运动学分析与仿真

针对安川弧焊工业机器人手臂MOTOMAN-MA1400的构型特点,采用D-H法建立了机械臂的连杆坐标系,得到了以关节角度为变量的正运动学方程,利用Matlab进行正逆运动学计算以及机械臂末端点的轨迹规划。为了验证正逆运动学模型的正确性,直观地观察机械臂各部分运动情况,采用Pro-E建立了机械臂的三维实体模型。将角度变量值导入模型,开发了机械臂运动仿真平台。仿真结果与理论计算一致,从而验证了算法的正确性,并完成了机械臂的运动仿真,为机械臂在矿山领域的实际应用提供了理论参考。     

非完整移动机器人领航-跟随编队分布式控制

针对非完整移动机器人运动学模型的特点,并且考虑机器人之间的交互关系是局部的,提出了一种基于领航-跟随的非完整多移动机器人分布式编队控制方法。首先提出了一种分布式估计策略,为每个跟随机器人估计(虚拟)领航机器人的位置、方向、线速度等状态;接着利用每个跟随机器人的跟踪误差设计了编队控制算法;使用Lyapunov工具对算法进行了渐近稳定性和收敛性分析;最后,构建了多移动机器人视觉定位与控制实验平台,通过仿真和实验验证了所提算法的有效性。     

奔跑仿生机构的运动学模型构建与分析

对猎豹的奔跑机构的骨骼肌肉系统的运动学模型及运动学特性进行了研究。基于已有数据,对猎豹的前后肢建立了机构模型,对其奔跑的运动过程进行仿真,计算并描述其趾端运动轨迹;结合骨骼肌肉的位置参数与已构建的运动学模型,对猎豹的骨肌坐标系统进行建模,对肌肉肌群的长度变化进行计算;进行骨肌坐标系统的运动仿真,并利用肌肉力计算模型,求解了猎豹前后肢各关节的力矩变化。基于已有解剖学数据对哺乳动物的高速运动特性从仿生学角度进行了分析,为高速奔跑机构仿生机理的实现提供了切实的数据支持,对猎豹高速奔跑的运动学特性进行了充分研究。