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.     

6/6-SPS型Stewart并联机构运动学正解的研究

对具有半对称结构的6/6-SPS型Stewart并联机构的运动学正解进行了研究.建立了一类具有半对称结构的6/6-SPS型Stewart并联机构运动学正解的数学模型,构造了一个关于该并联机构动平台位置参数及姿态参数的多元多项式方程组.基于该方程组并采用Mathematica符号计算软件,编制了基于Mathematica语言的6/6-SPS型Stewart并联机构运动学正解的求解程序,计算结果表明,对于任意给定的该并联机构的结构参数以及六个驱动杆杆长,该类6/6-SPS型Stewart并联机构的运动学正解在复数域内最多有28组解析解.并联机构运动学正解的研究为该类并联机构的工作空间分析、轨迹规划及控制奠定了重要的理论基础.     

非对称式6/6-SPS型Stewart并联机构运动学正解的研究

对具有非对称式结构的6/6-SPS型Stewart并联机构的运动学正解进行研究。建立了一类具有非对称式结构的6/6-SPS型Stewart并联机构运动学正解的数学模型,构造了一个关于该并联机构动平台位置参数及姿态参数的多元多项式方程组。基于该方程组并采用Mathematica符号计算软件,编制了基于Mathematica语言的非对称式结构的6/6-SPS型Stewart并联机构运动学正解的求解程序,计算结果表明,对于任意给定的该并联机构的结构参数以及六个驱动杆杆长,该类6/6-SPS型Stewart并联机构的运动学正解在复数域内最多有28组解析解。并联机构运动学正解的研究为该类并联机构的工作空间分析、轨迹规划及控制奠定了重要的理论基础。     

6-SPS型并联机构的混合坐标动力学建模

研究6-SPS型并联机构的动力学建模方法,提出了一种新颖的混合坐标动力学建模方法,根据6-SPS型并联机构特点,以四元数和笛卡尔坐标来定义6根支杆和动平台的方位及位置坐标,然后运用第一类拉格朗日方程建模方法建立了6-SPS型并联机构动力学模型,所建立的动力学模型形式简洁,体现了并联机构各向同性的特点,而且又发挥了四元数在数值计算上的优越性,因此具有适合计算机大规模编程计算的优点.     

6-SPS并联机器人工作空间的一种新型求解方法

基于6-SPS并联机器人的结构特征,提出一种新的6-SPS并联机器人工作空间的求解方法。首先对固定姿态时的位置空间进行研究,然后对模型进行简化,进而用合适的方法对工作空间边界进行数学描述,在此基础上利用软件编程可以完成对6-SPS并联机器人工作空间边界的绘制。     

3-3TPS1S并联机器人机构的运动学研究

针对3-3TPS1S并联机器人机构,提出了一种基于反向运动学的正向运动学求解方法.该方法首先分别以动平台的转动角度和驱动杆的杆长为广义坐标,建立3-3TPS1S并联机器人机构的正、反向运动学模型;然后运用牛顿迭代法进行运动学正向求解.仿真结果表明:该方法求解速度快、精度高,对研究和应用同类机构有一定的参考价值.     

一种快速BP算法的并联机器人正运动学求解

并联机器人运动正解问题是一个重要且难以解决的问题。本文对一般的6-SPS型并联机器人进行了位置正解分析，采用BP网，利用位置逆解结果，通过训练学习，实现操作手关节变量空间到工作空间的非线性映射，从而得到了6-SPS型并联机器人运动学正解。为提高正解速度和精度采用了FBP法。仿真实例表明，速度和精度接近了机器人实时控制的要求。     

3-RRRT并联机器人正向动力学仿真

研究一种3-RRRT新型高速搬运机器人动力学建模及正向动力学求解实现方法。以支链构件相对运动坐标和动平台绝对运动坐标作为广义坐标,结合拉格朗日第一类方程建立了3-RRRT型并联机器人的运动学与动力学模型。阐述了运用违约修正法对动力学模型(微分/代数方程组)进行求解的过程,并利用Matlab软件平台进行了动力学正向数值仿真,结果表明此数值积分方法速度快、精度高,适合于3-RRRT并联机器人动力学正向求解。     

6-SPS并联机构位置正解的改进粒子群算法

对6-SPS并联机构的运动学正解进行研究,得出6-SPS并联机构运动学正解的数学模型为一个非线性方程组.将所得的非线性方程组转化为无约束优化问题,并使用粒子群算法对其求解.针对并联机构运动学正解问题的多解性,提出改进的共享适应度粒子群算法.最后,用一个实例证明该方法是行之有效的.     

基于SimMechanics的二自由度并联机器人运动学仿真

讨论了二自由度平面并联机器人的正向和逆向运动学问题,利用复数矢量法建立该并联机器人的正向运动学模型和逆向运动学模型,利用数值解法求解机器人的逆向运动学问题。在建模之前,对机器臂的初始位置需要根据机器臂的几何位置进行合理的估计,避免数值解法无法收敛,最后在SimMechanics环境下建立该机器人的计算机模型,通过仿真算例证明了数值解法的可行性。采用Sim-Mechanics模块完成运动学仿真和逆向运动学中非线性方程组的数值求解,使得机器人模型的求解和验证更加快速有效。     

三自由度冗余驱动并联机构的奇异性和工作空间分析

基于4-SPS/S三自由度冗余驱动并联机构的位置逆解模型,运用微分法推导出了该并联机构的雅可比矩阵,结合Gosselin奇异性分析法和数值分析法,分析了该并联机构的奇异性。随后分析了影响4-SPS/S三自由度冗余驱动并联机构工作空间的主要因素,并对其各支链的行程限制、各球铰副的转角限制和各支链间的尺寸干涉限制等影响因素进行了解析化分析。最后,基于4-SPS/S三自由度冗余驱动并联机构的位置正解模型,设计了该并联机构回转工作空间的求解算法。该算法避免了数值方法及几何方法的复杂性和不确定性,实现了回转工作空间的直观性表达。     

Solving the forward kinematics problem in parallel manipulators using an iterative artificial neural network strategy

In this paper we address the forward kinematics problem of a parallel manipulator and propose an iterative neural network strategy for its real-time solution to a desired level of accuracy. Parallel manipulators are closed kinematic structures that possess requisite rigidity to yield a high payload to self-weight ratio. Because of this unique feature, they have been employed in manufacturing, flight simulation systems, and medical robotics. However, it is this closed kinematic structure that has led to difficulty in their kinematic control, especially the forward kinematics control. The iterative neural network strategy we propose employs a trained neural network and an error compensation algorithm in the feedback loop. The proposed strategy was tested with data from a real-world flight simulation system. Results show that solutions with a maximum error in the position and orientation parameters of 0.25 mm and 0.01°, respectively, can be achieved in less than five iterations (or about 1 second). Because of the nature of this strategy, it is possible to implement it in a hardware form, which can result in a multi-fold reduction in the solution time for the same accuracy level.     

Kinematics of a star-triangle planar parallel manipulator

This paper addresses kinematics of a 3 degree-of-freedom (DOF) planar parallel manipulator called Star-Triangle manipulator. The manipulator has good accuracy and a relatively large singularity-free workspace. First, position analysis of the manipulator is implemented indicating that both the inverse and forward position problems of the manipulator have only one solution. Then, velocity and singularity analyses of the manipulator are carried out and its isotropic configurations are identified using two Jacobian matrices. Based on the isotropic conditions, the workspace of manipulator is determined geometrically and it is shown that all points in the workspace are free of singularities. At last, kinematic accuracy of the manipulator is investigated on the workspace through a kinematic conditioning index (KCI).     

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.     

一种Stewart平台型机械手位移正解

本文提出了Stewart三角平台型6腿SPS并联机械手的位移正解,得出不含中间变量的16次输入输出方程。     

6-SPS并联机器人精度综合算法

通过对 6 SPS型并联机器人位置输入输出方程微分 ,建立机器人误差模型。在此基础上 ,运用误差独立作用原理和原始误差等效作用原则 ,对并联机器人进行精度综合。该方法将并联机器人精度综合这一原本为多目标多变量的非线性最优化组合问题转化为线性问题 ,因而简单可行 ,具有一定的实用价值。     

具有容错性能的6R机械手位置反解

一般6R机械手在一个关节发生故障时，成为5R机械手或称欠自由度机械手。如果机械手抓取的是棒状物体，可以对手爪围绕棒中心线的转动姿态参数不加限制，从而把这一转动虚拟成一个未知的旋转关节，这样欠自由度机械手的位置反解问题就转换成含有6个未知量的位置反解问题。由于其结构参数将发生变化，且故障的关节是不确定的，因而反解程序须满足这一不确定性要求。一旦位置反解的运动学方程建立之后，解方程的过程与一般6R机械手的算法类似。通过数值算例，验证了机械手末端姿态γ不加限制时，这种单关节故障的一般6R机械手位置反解的个数是16。     

一种并联机器人的运动学建模方法的研究

并联机构形式多样，结构复杂，其运动学模型多为非线性方程组，建立和求解往往很复杂，要获得其位置分析封闭解更是具有较大难度。通过数值法建模后，运用连续法利用Matlab编程求解复杂并联机构的运动学问题，具有事半功倍的效果，为并联机器人运动学建模和求解提供了一种有效途径。     

一种新型半对称三平移一转动（3T1R）并联操作手的运动学研究

基于方位特征（POC）方程的并联机构拓扑结构设计理论与方法,提出了一种能实现三平移一转动（3T1R）的2RRPaR+2RSS并联操作手机构。对该机构进行了结构特性分析,计算了其自由度及POC集,并得出其耦合度为2;依据该机构的结构特性及几何约束条件,采用二维搜索法对该机构的位置正解进行了求解,推导出了其位置逆解,并验证了位置正逆解的正确性;基于该机构的逆解公式,计算出其三维工作空间,并得到了一组Z向不同截面的切片形状,同时对Z=1000 mm截面处的转动能力进行了分析;最后,基于雅可比矩阵对机构奇异位形进行了分析。研究结果表明：所提2RRPaR+2RSS机构在与H4机构主要尺寸参数相同的情况下,其工作性能总体优于H4机构。与H4机构相比,所提机构的工作空间增加了27.87%,其转动能力提高了4.35%。