基于POC方程的三平移并联机构拓扑结构设计

基于方位特征集理论,研究了三平移并联机构拓扑结构设计的一般方法。基于串联机构POC方程及其运算规则,构造了末端构件包含三平移运动输出的各SOC支路,并根据拓扑等效原理扩展得到了满足设计要求的各HSOC支路;基于并联机构POC方程及其运算规则,确定了并联机构支路组合方案以及支路在并联机构上、下平台上的装配几何条件;分析了所得并联机构的拓扑结构特征,得到符合设计要求的三平移并联机构。     

基于运动限定机构的可重构并联机构设计

分析在特殊杆长条件下一种运动限定机构的运动特性。在不同的构型下,运动限定机构可以分别执行一个转动加一个平移运动、一个平移运动、一个转动运动。将运动限定机构与具有两个转动和两个移动运动的串联支链相结合,设计出一类具有可重构特性的混联支链。基于李群理论,得到了混联支链在不同构型下运动的群论表达式。利用三条同样的混联支链连接动平台和定平台,得到了一类新型可重构并联机构。当所有混联支链中的运动限定机构处于奇异位置时,可重构并联机构具有瞬时的6自由度。通过控制运动限定机构运行至不同的构型,可重构并联机构能切换至不同的自由度模式,可以执行四种不同特性的3自由度运动。     

基于结构降耦和运动解耦的并联机构拓扑结构优化及其性能改善

并联机构的拓扑结构包含各支链本身的拓扑结构以及各支链相对于动/静平台布置的拓扑结构两个层面,后者对并联机构的结构、运动、动力学性能有重要影响,但研究相对较少。阐述机构结构降耦原理及其降耦设计方法,同时,提出一种基于Pro/E-ADAMS仿真运动曲线的机构运动解耦性判断方法,而无须求解机构的输入-输出位置方程。以两平移一转动3-RRR、三平移3-R//R//C并联机构为例,不改变其支链本身的拓扑结构,仅改变其在动/静平台之间的拓扑结构,设计出相应的结构降耦构型和运动解耦构型：两平移一转动机构的耦合度从k=1降为k=0,从而极易求得位置正解解析式;而原先不具有运动解耦性的三平移机构具有了部分运动解耦性,因而运动规划和控制变得容易。对一种3-R//R//C解耦构型的位置正解、运动解耦性、奇异位形、工作空间、灵巧度性能进行计算分析,发现其性能明显优于优化前的原始构型。研究成果为并联机构的拓扑结构优化及其性能改善,以及揭示两者之间的关系提供了一种有效方法。     

3-RUC并联机构的运动分析

基于并联机构的原理,设计了3自由度的三维平移的并联机构,分析了三平移并联机构的运动特性,通过计算得到其正、逆解析解.该机构对称性好,加工方便、造价低且易于控制.     

基于UG的3T-3R并联机构建模仿真研究

3T-3R并联机构中六个支链均由五个平行四边形机构串联组合成伸缩链,六个支链与静平台和动平台用S球副连接。用UG仿真了平台动态运动时的位移、速度、加速度的变化情况,通过六个并联支链其拓扑结构的位移与动平台的速度、加速度之间的关系,分析了影响动平台输出运动在空间为3平移和3转动共6个运动自由度的准确性和平稳性,研究结果表明并联机构设计方案和结构参数合理,具有较好的操作灵活性,为并联机构的控制提供了必要的依据,有着极其重要的意义。     

3-PRRP~((4r))三平移并联机构及运动学分析

设计构造了3-PRRP(4r)平移并联机构,分析了机构的结构特征以及自由度,求出了机构的位置正解和反解的解析式;在给定范围内,采用圆柱坐标搜索法搜索出机构动平台的运动工作空间.该并联机构结构简单、紧凑,适合应用于微动机器人、三维减振等领域.     

并联机构奇异构型运动稳定性与其动力学参数

以3-RPR并联机构为例,研究了动平台动力学参数对并联机构奇异构型运动稳定性影响。采用Lagrange方法,建立该机构显含自身动力学参数的无乘子二次项非耦合质点系动力学解析方程,基于Lyapunov第一近似稳定性理论,将奇异构型运动稳定性问题转化为一阶线性近似系统特征根问题。研究表明:当动平台绝对速度中心落在奇异构型获得的旋转自由度回转中心临近区域内,并联机构奇异构型运动稳定性较差;增大与动平台回转方向一致的角速度值及输入参数项取值,有利于提高动平台奇异构型的运动稳定性。该研究对于利用机构动力学参数,在设计与实际控制阶段,消除并联机构奇异运动,或提高并联机构奇异构型的运动稳定性,具有积极的理论价值。     

两平移两转动并联机器人机构运动学分析

分析了一种两平移两转动并联机器人机构,求出其运动学正解和反解封闭解,讨论了该机构的控制解耦性。与其它类似机构相比,该机构结构简单、位置分析求解容易。同时,设计了一种利用本并联机构的中医推拿串并联机器人,该机器人具有工作空间大,动平台动力性能好等特点。该并联机构还可应用于工业装配机器人、微动机器人、虚拟轴并联机床、多维减振平台等领域。     

两平移-转动并联机构型综合研究

提出一种系统的基于螺旋理论的两平移一转动并联机构型综合的方法。它根据螺旋理论中运动螺旋与约束力螺旋之间的互易关系先构造出可能的分支机构,再组合出不同机型的机构。本文利用该方法进行了两移动一转动并联机构的型综合,给出了部分机型,其中包括一些新机型,同时也得到了一种适合作为减振平台的机型。有效的两平移一转动并联机构型综合的方法对扩大减振平台的优选空间,以及机型的创新设计都有一定积极的意义。     

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。     

Compound Impedance Control of a Hydraulic Driven Parallel 3UPS/S Manipulator

The hydraulic parallel manipulator combines the high-power density of the hydraulic system and high rigidity of the parallel mechanism with excellent load-carrying capacity. However, the high-precision trajectory tracking control of the hydraulic parallel manipulator is challenged by the coupling dynamics of the parallel mechanism and the high nonlinearities of the hydraulic system. In this study, the trajectory control of a 3-DOF symmetric spherical parallel 3 UPS/S manipulator is evaluated. Focusing on the highly coupling and nonlinear system dynamics, a compound impedance control method for a hydraulic driven parallel manipulator is proposed, which combines impedance control with the spatial motion characteristics of a parallel manipulator. The control strategy is divided into the inner and outer loops. The inner loop controls the impedance of the actuator in the joint space, and the outer loop controls the impedance of the entire platform in the task space to compensate the coupling of the actuators and improve the tracking accuracy of the moving platform. Compound impedance control does not require force or pressure sensors and is less dependent on modeling precision. The experimental results show that the compound impedance control e ectively improves the tracking accuracy of the moving platform. This research proposes a compound impedance control strategy for a 3-DOF hydraulic parallel manipulator, which has high tracking precision with a simple and cheap system configuration.     

宏微并联机器人系统自适应交互PID监督控制

500m口径球面射电望远镜(Five hundred meter aperture spherical radio telescope,FAST)的馈源支撑与指向跟踪机构由宏微并联机器人系统构成,大跨度柔索驱动的宏并联机器人保证系统的大工作空间,精密电动缸驱动的Stewart平台作为微并联机器人保证系统的末端精度并扩展其伺服带宽。为了降低宏并联机器人的柔性对末端定位精度的影响,提出基于并联机构学原理的三维机动目标解耦跟踪预测算法,对馈源舱的运动进行跟踪预测。引入自适应交互算法解决PID参数的实时调整,设计自适应交互PID监督控制器,根据馈源舱的预测运动和馈源平台的目标轨迹产生电动缸规划级控制量。此外,在电动缸执行级采用带前馈的数字伺服滤波器实现电动缸的高精度轨迹跟踪。FAST50m缩尺模型试验表明,结合解耦预测算法对馈源舱的运动预测,自适应交互PID监督控制器效果良好,能够确保宏微并联机器人系统在以期望的跟踪速度运行时,获得完全满足控制要求的定位精度和指向精度。     

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.     

基于遗传算法的新型六自由度并联机器人运动学分析

运动学位置正解和位置逆解是对并联机器人其它性能进行分析的基础,位置正解也是并联机器人研究中的一个难点。本文采用遗传算法对一种新型六自由度并联机器人的运动学位置正解和位置逆解进行了求解,并且利用灰色关联分析对求解结果进行了分组,得到了Stewart并联机器人的5组位置正解实解。实例表明该方法简单、方便、具有通用性,是求解并联机器人运动学问题的一种新策略。     

大射电望远镜精调Stewart平台并联机器人伺服带宽分析

利用有限元通用软件ANSYS建立了大射电望远镜精调Stewart平台并联机器人的有限元模型；采用ANSYS参数化设计语言(APDL)实现了该模型的参数化设计；通过对任意位姿结构进行模态分析，计算出并联机器人在其工作空间内的固有频率分布；根据伺服系统设计原则，确定了该并联机器人的伺服带宽。     

特殊3-PRS并联机器人运动分析

建立了 P副平行于固定平台法线的 3- PRS并联机器人的运动反解数学模型。分析了当给定运动平台中心法线与固定平台中心法线之间夹角 ,并使运动平台法线绕固定平台中心法线旋转时 ,运动平台中心以及中心法线上一点的运动轨迹。分析表明 ,该 3- PRS并联机器人只能部分满足特定的运动规律要求     

6自由度3-PRPS并联机器人运动规划分析及仿真

6自由度3-PRRS机构是基于Stewart平台设计出来的一种特殊构型的新型并联机构。为了准确分析该机构运动学特性并从运动规划角度研究机构关键参数与机构运动的关系,建立了有效的运动学模型对机构进行分析,给出了位置反解,同时面向工程应用提出了运动规划,然后利用ADAMS软件进行仿真分析。其中建立了不同平台尺寸比率k的模型,对动平台施加运动来观察、研究比率k的变化对连杆运动产生的影响,给出了3-PRRS机构关键参数比率k与机构运动的关系。分析结果为该类型机构位置反解研究提供了可行路径,避免了大量的数学计算和编程工作,提高了工作效率;并有助于在3-PRRS机构设计中,针对不同应用场景合理选择不同的参数模型。     

Design and development of 3–DOF modular micro parallel kinematic manipulator

This paper presents the research and development of a 3–legged micro parallel kinematic manipulator (PKM) for positioning in micromachining and assembly operations. The structural characteristics associated with parallel manipulators are evaluated and the PKMs with translational and rotational movements are identified. Based on these identifications, a hybrid 3–UPU (universal joint–prismatic joint–universal joint) parallel manipulator is designed and fabricated. The principles of the operation and modelling of this micro PKM are largely similar to a normal-sized Stewart platform (SP). The overall size of the platform is contained within a space of 300 mm×300 mm×300 mm. A modular design methodology is introduced for the construction of this micro PKM. Calibration results of this hybrid 3–UPU PKM are discussed in this paper.     

新型6-PSS并联机器人工作空间分析

提出一种由Stewart平台演绎而来的正交6－PSS并联机器人新机型，介绍其结构布局特点，基于位置反解及其结构约束条件，绘制其工作空间的轮廓图，并定量分析该并联机器人RPY角和机构尺寸参数对其工作空间大小的影响，为该并联机器人的设计与实用化提供理论依据。