4PUS-1PS型并联机器人运动学与工作空间分析

并联机器人的运动学分析是动力学分析的基础,而工作空间是评价并联机器人工作性能的重要指标.对4PUS-1PS型并联机器人进行了逆运动学分析,使用ADAMS软件对其进行仿真,并与MATLAB软件计算的结果相比对.基于运动学逆解,结合机构的约束条件,运用MATLAB搜索其工作空间.为其动力学分析及此类机器人的设计与运用提供依据.     

基于广义坐标形式牛顿－欧拉方法的空间并联机构动力学正问题分析

基于具有广义坐标形式的牛顿－欧拉方法建立一般空间并联机构动力学正问题建模与仿真的通用方法。在动力学建模时,选取空间并联机构动平台的工作空间变量作为系统广义坐标,从各构件的牛顿－欧拉方程出发,结合运动学逆解和虚功原理,得到与广义坐标相对应的系统动力学方程－运动微分方程和系统理想铰约束力方程。对6-UPS型空间并联机构进行动力学建模,计算外力作用下的动态响应,验证了该方法的有效性。理论分析和仿真案例表明,该方法可以简化并联机构动力学正问题的建模步骤,提高计算效率。     

并联机构六维控制器的运动学性能分析及尺度优化

针对一种含子闭环3-5RUU并联机构的六维控制器进行运动学性能分析和尺度参数优化。首先用附加传感器的方法计算3-5RUU并联机构运动学正解,并求得了唯一解;其次建立了运动学逆解模型,根据运动学逆解,建立了工作空间的约束条件,通过MATLAB编程对机构进行了定姿态的工作空间分析;然后采用单一变量分析法得到了并联机构尺度参数与定姿态工作空间的关系;最后以工作空间最大为优化目标,利用遗传算法优化了机构杆长参数,使六维控制器的有效工作空间更大。结果表明:六维控制器的工作空间提高到原来的3倍以上。     

2-CRR/PSS并联机器人机构的运动学分析

根据并联机器人机构结构综合理论,提出一种能够实现空间三维移动的并联机器人机构——2-CRR/PSS并联机构,运用方位特征集法对其进行了结构特征分析及自由度的计算,建立了机构运动学数学模型,给出其位置正逆解、速度、加速度的分析方法,机构的运动学模型为该机构作进一步的运动学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。     

环形3-PPR平面并联机构设计与分析

为了提升机构旋转工作空间,提出了一种具备整周旋转能力的环形3-PPR平面并联机构。借助齐次变换与封闭矢量法,求得了机构运动学逆解;基于归一化雅可比矩阵,分析了机构的奇异性和灵巧度性能,获得机构最佳性能尺度配置参数;结合运动学逆解与几何约束条件,求解了机构可达工作空间;通过Adams与Matlab软件对机构进行了运动学仿真,验证了理论模型的正确性。研究为环形3-PPR平面并联机构的设计应用提供了理论依据,并为该机构的动力学分析、优化设计等进一步研究奠定了一定的理论基础。     

基于运动学正解的Delta机器人工作空间分析

基于并联机器人机构学理论,对Delta机器人机构进行位置分析,建立Delta机器人运动学逆解模型,并通过几何法求得Delta机器人运动学正解。在运动学正解的基础上,分析了Delta机器人的工作空间,并利用MATLAB的计算与绘图功能,画出Delta机器人的工作空间,为Delta机器人的应用提供了重要参考依据。     

3-RRS球面并联机构的位置解及工作空间研究

利用螺旋理论对3-RRS球面并联机构进行了运动分析。利用牛顿迭代法求解了3-RRS球面并联机构的运动学正解,应用闭环矢量法建立了3-RRS球面并联机构的位置逆解模型并推导出了相应的位置逆解算式,得到了3-RRS球面并联机构的8组逆解。实例分析验证了3-RRS球面并联机构位置解的正确性。利用数值搜索法求解了机构的可达工作空间,利用MATLAB编程绘制了机构在不同结构参数下的可达工作空间图,分析了工作空间的变化规律,为3-RRS球面并联机构的应用奠定了基础。     

6-RSS并联机器人运动学分析

介绍了并联机器人的特点和主要的应用领域。针对6-RSS并联机构这一新构型,介绍了其工作原理和主要特点,并建立了运动学逆解数学模型。分析了6-RSS并联机构逆解的多解性,提出了一种运动学逆解的数值求解算法,并针对一个给定结构几何尺寸参数的6-RSS并联机构进行了计算。     

大工作空间5R平面并联机构的正逆互解验证实验研究

针对平面两自由度并联机构工作空间小的不足,提出一种变驱动布局大工作空间5R机构。在运动学分析基础上,利用Solid Works软件建立并联机构的三维运动学仿真分析模型,在Motion分析环境中改变原动件的运动参数,求解出并联机构的运动轨迹及其可达工作空间,完成其正解分析;另外,搭建并联机构的运动学实验平台,在Solid Works软件中画出给定轨迹,利用Solid Works软件逆解得出两伺服电机各时刻的转速,结合运动控制函数,编写上位机运行程序,通过PCI-DMC-F01运动控制卡对伺服电机进行控制,使末端执行器按照预期轨迹运动。实验轨迹、工作空间与正逆解结果一致,实验表明5R机构正逆互解的正确性和可行性,并在此基础上给出了大工作空间并联机构的应用实例。研究工作对拓展5R并联机构的工程应用具有参考价值。     

ADAMS在并联机构运动学分析中的应用

针对并联机构的运动学分析计算,以3-UPS/UP型并联机构为例,介绍了应用动力学仿真分析软件ADAMS对其进行运动学仿真的方法与步骤。采用三维CAD软件Inventor建立了几何模型,以Parasolid格式导入ADAMS环境,对几何模型施加约束与激励,建立了并联机构的虚拟样机模型。并对模型进行了逆向与正向运动学仿真,快速准确地求得了并联机构的运动学反解与正解,大大简化了计算过程,为并联机构的运动学分析及机构设计提供了借鉴。     

空间刚柔耦合并联机构的逆动力学建模与控制

为了提高3-RRRU空间刚柔耦合并联机构的轨迹跟踪精度,提出了一种基于瞬态刚体校正法的逆动力学模型求解方法来构建该机构的非线性控制策略。首先,利用自然坐标法和绝对节点坐标法建立该机构的非线性逆动力学模型,它考虑了各支链柔性空间梁单元的剪切效应,并能描述柔性梁的大范围非线性弹性变形。然后,通过分析刚柔耦合动力学模型在求解过程中出现的相容性问题,结合自然坐标法与理想运动学模型,提出了瞬态刚体校正法并求出逆动力学模型的稳定数值因果解。最后,基于该数值解构建并联机构的非线性控制策略,通过仿真与实验验证了该方法的可行性与有效性。仿真与实验结果表明:逆动力学方程组的求解精度为10-6,约束方程的相容误差为10-8;与刚性并联机构的控制方法相比,该方法在圆形轨迹下的最大跟踪误差降低了0.465mm,圆度误差降低了0.416mm。结果表明:该求解方法解决了闭链机构多体动力学方程的违约问题,有效地改善了系统的综合收敛性能,所构建的控制策略提高了并联机构的轨迹跟踪精度。     

3-RSR并联机器人运动学研究

在已有研究的基础上,给出了更为简单、完善的3-RSR并联机器人封闭正解,以及一般结构参数下的逆解和对称结构参数时的封闭逆解的求解方法.该机构运动学正解的最大数目为16组,逆解数目最多有8组,求逆解较其它三自由度并联机器人复杂.     

基于2TIR机构串并联机器人位置分析及仿真

根据串联机构和并联机构的特点,设计了一种串并联机器人新机型。通过对该机器人机构运动特征分析,求出了其位置正反解析解,并将用PRO/E建立的虚拟样机导入到ADAMS软件中进行了位置的动态仿真,验证了理论分析的正确性。该机器人动平台具有三个平移和一个转动自由度,与具有同样运动特性的并联机构相比,该机器人机构的工作空间大,转动自由度运转灵活。同时,该机器人机构的运动学正反解求解容易,便于实现实时控制。该机器人机构可应用于工业机器人、中医推拿机器人等领域。     

新型三平移两转动并联机构及其运动分析

提出了一种新型五自由度并联机构及其应用前景，该机构由一个具有平行四边形机构的8R分支和四个SPS分支组成，可实现空间的三维移动以及两个独立方向的转动，可用于如部件装配、推拿机器人、空间机构的运动平台等应用场合。文中分析了能实现预定运动输出的机构学原理，计算了它的活动度，采用直观的零位形两步法建立运动变换矩阵，求出了用于实时位置控制的反解，并给出了数值算例，分析了其在推拿机器人设计上的应用前景。     

新型圆柱面3自由度并联机构的动力学逆解

针对一种新型圆柱面 3自由度并联机构应用牛顿 欧拉法进行了动力学逆解分析。该机构具有 2个移动自由度和一个转动自由度 ,首先推导出该机构的运动学逆解 ,建立了支链和动平台的力和力矩平衡方程 ,根据不同类型支链的运动学约束条件消除了部分铰链约束力和力矩 ,从而推导出驱动力矩模型 ,最后给出了该机构动力学逆解的数值仿真实例。该模型可用于改进该机构的结构组件设计和控制算法。     

一种6-SPS型并联机构运动学正向求解方法

通过研究6-SPS型并联机器人机构的运动学正向求解方法,提出了一种建立运动学模型与正向求解的方法,利用6-SPS型并联机器人支链特点,以支杆两个独立的方向余弦和伸缩长度为支杆的广义坐标,推导了6-SPS型并联机器人运动学模型,在此基础上,提出运用基于Moore-Penrose广义逆的牛顿迭代格式对运动学模型进行正向求解,并编制了MATLAB运动学正向求解程序,进行了运动学正向求解数值仿真,结果表明求解程序快速有效。     

The kinematics study of a class of spatial parallel mechanism with fewer degrees of freedom

This paper presents a novel methodology to study the kinematics of a class of spatial parallel mechanisms with fewer degrees of freedom (DoF). Compared with the traditional methods, the distinctive merit of this methodology is that it shortens the whole process greatly based on the analysis of the DoF of the manipulator. Besides, the forward and inverse kinematic problems can be expressed in a set of differential equations. This methodology should solve the kinematic analysis and calculation problems for a class of spatial parallel mechanisms with fewer DoF.     

Dynamics analysis of novel parallel manipulator with one central rotational actuator and four translational actuators

A dynamics analysis of a novel parallel manipulator with one central rotational actuator and four translational actuators is conducted. A 3D model of the parallel manipulator is constructed and its characteristics and DoF are analyzed. The kinematics formulae are derived for solving the displacement, velocity and acceleration of the moving links. The dynamics formulae are derived for solving the inertial wrench of the moving links, the dynamic active forces along the active limbs, the dynamic active torque applied on a central active leg, and the dynamic constrained force exerted on the central active leg. A theoretical numerical example is given to solve the kinematics and dynamics solutions, and the theoretical solutions are verified by the simulation mechanism in Matlab. Finally, a reachable workspace of the novel parallel manipulator is constructed using CAD variation geometry.

     

Motion capability analysis of a quadruped robot as a parallel manipulator

This paper presents the forward and inverse displacement analysis of a quadruped robot MANA as a parallel manipulator in quadruple stance phase, which is used to obtain the workspace and control the motion of the body. The robot MANA designed on the basis of the structure of quadruped mammal is able to not only walk and turn in the uneven terrain, but also accomplish various manipulating tasks as a parallel manipulator in quadruple stance phase. The latter will be the focus of this paper, however. For this purpose, the leg kinematics is primarily analyzed, which lays the foundation on the gait planning in terms of locomotion and body kinematics analysis as a parallel manipulator. When all four feet of the robot contact on the ground, by assuming there is no slipping at the feet, each contacting point is treated as a passive spherical joint and the kinematic model of parallel manipulator is established. The method for choosing six non-redundant actuated joints for the parallel manipulator from all twelve optional joints is elaborated. The inverse and forward displacement analysis of the parallel manipulator is carried out using the method of coordinate transformation. Finally, based on the inverse and forward kinematic model, two issues on obtaining the reachable workspace of parallel manipulator and planning the motion of the body are implemented and verified by ADAMS simulation.