2-PrRS-PR(P)S并联变胞机构运动学分析

根据变胞机构理论中改变运动副方位特征实现构态变换的原理,设计一种新型可变转动轴线的2-PrRS-PR(P)S并联变胞机构。其中,两条分支能够利用移动副的位移变化改变转动副的转动轴线,从而改变机构运动输出。根据该机构特点,利用螺旋理论对机构进行自由度分析,利用封闭矢量法和几何约束关系建立机构位置正解和逆解模型,并通过求导得出机构的速度加速度方程;应用Matlab代入机构参数和位型参数,求解位置正解和逆解,绘制机构位姿图;利用Adams仿真验证了理论分析的正确性。     

三自由度冗余驱动飞行模拟器设计及分析

提出一种三转动自由度冗余驱动飞行模拟器。在3-RRR球面并联机构的基础上,通过球面平行四边形机构的引入而实现冗余驱动,从而克服电机驱动相对于液压驱动功率相对较小的缺点。将一般3-RRR球面并联机构的参数进行变化,从而设计出体积相对较小的运动机构。利用空间球面解析理论建立了各支链的方向余弦,在方向余弦建立的基础上给出机构的雅可比矩阵。利用支链夹角不变原理建立了机构的约束方程,进行了运动学反解分析。考虑球面平行四边形冗余驱动支链的干涉情况,根据向量叉积定理计算得出了输入转角范围,并通过一种数值正解算法计算得到机构给定输入参数的工作空间。分析结果表明,在给定特定结构参数的情况下,所提出的飞行模拟器具有转角大的优点,远远大于传统的Stewart机构,从而为飞行模拟器的实际应用提供一种新的选择。     

基于角度传感器的3-RSR并联机构位置分析

为实现包装线旋转装置的自动定位功能，提高3-RSR并联机构的位置分析的求解效率和求解方法的通用性，对其运动学算法展开系统的研究。首先对3-RSR并联机构的运动特性进行分析，基于机构的位置逆解和几何特征结合封闭解法建立约束方程，利用代数消元法将约束方程中的未知数消元，得到只含有一个未知数的一元高次约束方程；然后，在3-RSR并联机构的任意分支球副处添加2个方向相互垂直的角度传感器，基于旋转矩阵及约束方程构建含参数的求解模型；最后运用求解模型对3-RSR并联机构进行MATLAB算例仿真，求解得到了该机构的可视化编程结果和机构的运动学正解。算例仿真结果表明：在可视化求解结果中展现出来的3-RSR并联机构的位置正解方程组具有唯一解0.9125，且与实际设定位姿参数位型一致，从而确定唯一性。通过该位置分析方法可以有效正确求解机构的运动学正解，避免了正解存在多解的问题，有效解决包装线旋转装置的定位准确性。     

球面并联机构的结构降耦及其位置正解求解

基于一般结构的S+3-SPS球面机构的耦合度分析,通过动平台二球副重合的方法,使之结构降耦演变为0耦合度球面机构,并得到其位置正解的解析解;而对于k=1的一般结构的S+3-SPS,虚设一条支链使机构包含k=0的零耦合度机构,再在约束度为-1的支链上建立一个一元运动相容性方程,并采用一维搜索法求得全部正解数值解。这种基于耦合度分析的求解并联机构位置正解的程式化通用方法,易于实现计算机自动生成,并适用于其它含SPS支链并联机构位置正解的快速求解。     

3-RRRT并联机器人位置正解的快速解法

研究3-RRRT型并联机器人的运动学及正向求解方法.根据3-RRRT型并联机器人机构特点以及关节运动的取值范围,提出了以并联机器人支链中支杆的方向余弦和动平台绝对位置坐标为系统的广义坐标的方法,并详细地推导了3-RRRT型并联机器人运动学模型.提出了一种位置正解的数值求解方法,推导了位置正解迭代格式,并利用MATLAB进行了位置正解数值仿真,结果表明求解程序稳定、快速、有效.     

3-PCR并联机器人机构的运动学分析

对一种新型的空间三平移并联机器人机构进行了运动学研究。基于机器人机构的约束方程,求得该机构的位置反解;使用Bezout消元法得到该机构的位置正解的解析解,并通过实例验证了其正确性;建立了三个输出运动参数与三个输入运动参数之间的速度和加速度关系的数学模型,得到机构速度、加速度正反解;通过算例及仿真对所规划的运动轨迹进行验证。     

共形空间中的少自由度空间并联机构正解

针对3-RPS型空间少并联机构正解问题,利用3-RPS型并联机构在共形空间中的运动特性,对其运动学问题进行求解。首先,利用共形空间中的几何元素表达方式以及共形变换规律,求得并联机构动平台三个球铰在空间中的位置表达式,表达式中含有一未知数。接着,根据共形几何空间中的内积性质,以及并联机构运动规律,得到一方程组,该方程组为并联机构正解的符号辅助解。最后,结合已编写程序,将并联机构设计参数带入方程组,对符号辅助解进行求解,进而求得并联机构正解的数值解。计算结果表明,这种基于共形几何,将符号与解析结合的正解求解算法,由于不需要计算雅克比及其逆矩阵,也不需要进行数值解的反复迭代,计算速度优于传统算法,这使得该算法的实时性和准确性满足实时控制的需求。     

一种Tripod并联机器人运动学与工作空间分析

通过对Tripod并联机器人的结构进行分析,建立单支链分析模型,利用几何分析法对机器人的运动学进行反解分析,获得运动学反解表达式。在反解分析基础上求解运动学正解解析式,并利用牛顿迭代法的数值方法计算出运动学位置正解,结合具体实例利用MATLAB软件编程来验证运动学分析的可行性。为了进一步研究机器人的工作性能,根据运动学反解对机器人的工作空间进行分析,并根据机器人雅可比矩阵探讨了机构存在的3种奇异位形,最后结合机构尺寸参数利用MATLAB软件编程绘制其工作空间图。     

一种新型6-DOF并联机构的运动学分析

提出了一种新型6自由度2支链并联机构:2-S*RU;其中S*为3自由度球面机构,为复合球铰,R为转动副,U为虎克铰。采用余弦矩阵方法得出了该并联机构的位置正反解的封闭解形式,其中正解的最终方程为一元4次方的多项式。采用余弦矩阵的优点是:第一,与欧拉角不同,方向余弦矩阵不会有任何有代表性的奇异位形。第二,在计算过程中不会出现三角函数,提高了计算效率。该机构可应用于机器人手臂,结构简单紧凑,易于实现模块化。     

基于联合仿真的空间3-RPS并联机构运动求解

在分析空间3-RPS并联机构结构的基础上,得到该机构运动求解的方法指导和位姿逆解方程。对于并联机构运动正解复杂的特点,利用MATLAB软件、Pro/E软件和ADAMS软件对其运动进行联合仿真求解。用Pro/E软件对机构进行实体建模,利用数据转化接口将模型导入ADAMS软件对其进行编辑定义。给定机构运动输出位置,根据位姿逆解方程,用MATLAB编程计算得到关节转动副逆解曲线与输出姿态角曲线,应用ADAMS函数处理功能将转动副转角曲线转化为机构的驱动函数,添加在3个转动副关节上,得到机构运动正解。机构正逆姿态角求解曲线的吻合,证明了该方法的可靠性和正确性,其求解过程简便,运动学性能直观,为虚拟样机技术提供了可借鉴的方法。     

Kinematic Solution of Spherical Stephenson-Ⅲ Six-bar Mechanism

A closed-form solution can be obtained for kinematic analysis of spatial mechanisms by using analytical method.However,extra solutions would occur when solving the constraint equations of mechanism kinematics unless the constraint equations are established with a proper method and the solving approach is appropriate.In order to obtain a kinematic solution of the spherical Stephenson-III six-bar mechanism,spherical analytical theory is employed to construct the constraint equations.Firstly,the mechanism is divided into a four-bar loop and a two-bar unit.On the basis of the decomposition,vectors of the mechanism nodes are derived according to spherical analytical theory and the principle of coordinate transformation.Secondly,the structural constraint equations are constructed by applying cosine formula of spherical triangles to the top platform of the mechanism.Thirdly,the constraint equations are solved by using Bezout’ s elimination method for forward analysis and Sylvester’ s resultant elimination method for inverse kinematics respectively.By the aid of computer symbolic systems,Mathematica and Maple,symbolic closed-form solution of forward and inverse displacement analysis of spherical Stephenson-III six-bar mechanism are obtained.Finally,numerical examples of forward and inverse analysis are presented to illustrate the proposed approach.The results indicate that the constraint equations established with the proposed method are much simpler than those reported by previous literature,and can be readily eliminated and solved.     

一种并联机构天线座的运动学研究

以3UPS-U型并联机构天线座为研究对象,计算此机构的自由度,建立并联天线座静平台和动平台的坐标系,确定位姿变换矩阵,进而推导出位姿逆解。针对位姿正解的难题,利用方向余弦矩阵约束条件和推杆长度约束方程构造出方程组,求解出姿态角的封闭解。根据此并联天线座的几何特殊性,推导出雅可比矩阵和速度逆解、正解表达式。以理论建模为基础,结合具体参数,进行了数值仿真,求解出位姿逆解和速度逆解。该研究工作为更深一步的理论研究打下基础,为进一步的工程应用提供了理论依据。     

一种新型2-DOF并联主轴平台机构运动学分析

提出了一种新型2-PRR两自由度并联主轴平台机构,介绍了其机构组成及其结构特点。针对此平台机构,建立了运动学方程,给出了机构的位置正反解,并绘制了所有正反解构成的空间曲面,由此得到了平台机构的工作空间。最后,基于雅克比矩阵,对平台机构进行了运动仿真研究,为并联主轴平台机构运动参数的正确设计及控制提供了理论依据。     

Dimensional Synthesis of a 3-DOF Parallel Manipulator with Full Circle Rotation

Parallel robots are widely used in the academic and industrial fields. In spite of the numerous achievements in the design and dimensional synthesis of the low-mobility parallel robots, few research ef...     

空间6R串联机械手逆运动学分析的新方法研究

为了解决空间6R串联机械手的逆运动学问题使用矩阵方法建模时,需要进行矢量运算或投影运算的问题,基于四维旋转矩阵和倍矩阵,提出了一种建模新方法。根据三维空间刚体变换的四维旋转矩阵和倍矩阵表示,建立空间6R串联机械手的正运动学方程。通过变量分离,直接得到14个逆运动学基本约束方程;通过线性消元和Sylvester结式消元,将其转化为求解一个16阶矩阵的特征值问题,得到该问题的16组解。采用数值实例和SolidWorks仿真验证了新方法的正确性。新方法的优势在于可以直接得到14个逆运动学约束方程,不需要进行矢量运算或者投影等,并且由于新方法将三维空间中的平移变换近似为四维空间中的旋转变换,故而可以统一求解含有R、P和C副的空间串联机械手逆运动学问题。     

环状可展机构运动学分析方法及应用研究

将Moore_Penrose广义逆理论与空间连杆机构的运动传递矩阵相结合,提出了一种多杆可展机构的运动学分析方法,利用Gan和Pellegrino方法得到了机构的运动约束方程以及约束方程的雅可比矩阵,依据雅可比矩阵的奇异性和欠秩特性,获得了机构运动参数的最小二乘解。以四杆可展机构为算例,揭示了构件的截面夹角对机构收拢角和展开角的影响规律,并获得了展开运动过程中构件间夹角的变化曲线,为环状可展机构的运动控制奠定了基础。     

6自由度3-UrRS并联机构的位置正解分析

机构的位置分析是求解机构的输入与输出构件直接的位置关系,是机构运动分析最基本的任务,也是机构速度、加速度、受力分析、误差分析、工作空间分析、动力分析和机构综合等的基础。在实际应用中,解正解问题意味着决定机器人末端执行器当前实际的位姿。基于此,提出一种新型3支链6自由度并联机构3-UrRS,采用球面2自由度五杆机构作为复合驱动装置。以机构上平台3个顶点之间的长度为约束条件,建立约束方程,研究该并联机构的正解的封闭解形式,得到一个16次方的一元多项式方程。以3-UrRS自身的机构特点建立约束方程,得出反解的封闭解形式。最后对该正反解的研究结果进行数值验证,正解的计算结果与反解的计算结果十分吻合,仅有微小误差,这是由计算的累积误差引起的。     

六坐标位姿测量机的设计与研究

该测量机构由串联位置测量机构和并联姿态测量机构组成,具有较大的工作空间和较高的测量精度。机构中设置了一个冗余自由度和重力平衡装置,从而具有很好的灵活性。通过机构综合的方法,合理设计并联姿态测量机构,克服了并联机构正解的困难,使得姿态测量参数存在显式解,从而被测物体的六个坐标参数可以实时显示。由作图法得出机构工作空间。误差建模分析了机构的测量误差,并针对并联姿态测量机构测量误差最小作为目标函数优化了机构运动学设计参数。     

球面二自由度5R并联机器人的运动学分析

研究球面二自由度5R并联机器人机构模型，借助球面解析几何理论，建立了机构的约束方程；利用解析法求解了机构的位置正反解，给出数值算例，绘制了相应的位置正解装配图和位置反解装配图；利用对机构约束方程求导数法得到机构的雅可比矩阵。研究结果为该类机器人的进一步分析打下了理论基础。     

6-HUS并联机构位置逆解与运动学优化设计

针对并联机构设计过程复杂、设计周期长等问题,对6-HUS并联机构运动学逆解及相关参数的优化进行了研究.建立了运动学逆解方程并得到解析解,应用ADAMS软件进行参数化建模并仿真;通过解析解和模拟解的对比,验证模型的正确性;根据性能要求,以滑块最大速度最低为目标对机构结构尺寸进行了优化设计.分析结果表明:该方法方便快捷,缩短了设计周期,降低了产品成本,为同类机构的设计提供了较为精确的实用方法.