3T1R并联机构的工作空间与参数优化

以3T1R并联机构作为研究对象,基于matlab软件,考虑杆长约束条件与逆解存在条件运用边界搜索法完成可达工作空间与姿态工作空间求解,通过工作空间的体积来定量的分析了机构动平台半径、静平台半径、各杆长结构参数对工作空间大小的影响,以姿态工作空间体积所占机构围成的空间体积比为目标函数,利用遗传算法求得各个参数最优值,为并联机构应用奠定了理论基础。     

6-RSS型并联机构的工作空间分析与参数优化

以6-RSS型并联机构为研究对象,建立解析形式的反向运动学方程,给出考虑驱动副转角范围、球副转角范围、连杆干涉等约束条件时的反解选取准则,推导出每种约束表达与机构参数间关系,特别是复合球副独特的附加约束表达.基于带约束条件的反向运动学方程,利用三维边界搜索法,绘制并联机构多个定姿态工作空间的截面图和三维实体图.最后以工作空间体积为优化目标,获得结构参数和约束条件对工作空间体积的影响关系曲线,为定量分析影响效果提供解决途径,最终利用全局搜索法得到6-RSS机构的一组最优机构参数,在机构整体尺寸基本不变情况下使工作空间增大60%,达到优化机构参数的目的.     

8-SPU冗余机构大工作空间/杆长行程优化分析

鉴于并联机器人工作空间较小的状况,对一种等效8-SPU并联机构采用三维边界搜索法对工作空间进行了求解及优化。考虑机构杆长约束、转角约束、连杆干涉,建立逆运动学方程,搜索所有工作空间内的点,绘出了定姿态工作空间的三维边界图,然后给出了两个机构参数对工作空间的影响曲线。最后以体积比杆长行程为目标函数,采用粒子群算法优化后得到最大的函数值。得到全局最优解后,给出了优化后的工作空间三维图以及优化前后综合指标对比。优化结果表明,仅增加27.59%的连杆行程,工作空间体积增加了143.91%,优化效果较明显。     

基于条件数的3-RRS并联机器人运动性能优化

分析了3-RRS并联机器人的位姿运动特点,提出了采用层次迭代搜索策略来计算机构全域条件数的方法,避免了复杂工作空间体积的积分过程,容易获得工作空间的边界曲面,节省了计算成本,这种方法也适用于其他类型并联机构工作空间的相关计算。在充分考虑机构的约束情况下,以全域条件数和工作行程为目标,采用遗传算法对机构参数进行了优化。     

并联机构工作空间及参数优化研究

以6-PSS Stewart平台为研究对象,分析影响并联机构工作空间的主要因素如并联杆长度、运动副转角、并联杆干涉等对工作空间的约束。采用边界搜索法确定工作空间边界,计算出相应形状的工作空间体积。提出工作空间灵敏度因子来衡量机构参数对工作空间的影响程度。最后根据各机构参数工作空间灵敏度因子的分布情况进行工作空间体积的最优值研究。为并联机构的结构设计和进一步研究奠定了基础。     

一种等效8-SPU移动机器人工作空间分析

该等效8-SPU移动机器人行走时为腿式机器人,支撑板壳类工件时为并联机器人。对该机构进行了逆位置求解,建立了运动学映射模型,综合考虑了工作空间的几何约束和运动性能约束,运用柱坐标边界搜索法确定工作空间边界,绘制了定姿态工作空间三维实体模型及其截面图,分析了工作空间的联通性以及机构参数对工作空间的影响,从操作度和均匀性两方面对不同约束下的工作空间进行了性能比较分析。结果表明:综合约束下机器人的工作空间具有更好的运动性能。该等效8-SPU移动机器人工作空间分析为其结构优化、运动控制以及路径规划奠定了理论基础。     

新型六自由度并联机器人工作空间分析

工作空间是评价并联机构工作能力的重要指标。本文主要研究一种平面连杆式六自由度并联机器人的工作空间。首先求解了其运动学逆解,在此基础上详细研究了取不同结构参数时的工作空间截面形状,运用极坐标搜索法得到其工作空间。为并联机器人的结构参数优化及轨迹规划等奠定了基础。     

并联式下肢康复外骨骼运动学及工作空间分析

针对下肢瘫痪病人,设计一种新型的平面三自由度并联式下肢外骨骼机构进行研究,运用指数积公式对该机构的位置正反解进行研究分析,同时对该机构的雅可比矩阵和运动奇异性进行分析。以工作空间最大为目标函数,分析影响并联机构工作空间的主要因素,如连杆长度、运动副转角、人体关节角度等对工作空间的约束。采用边界搜索法确定工作空间边界,计算出相应形状的工作空间面积,分析各机构参数对工作空间的影响。在运动学分析的基础上,以满足人体正常行走时髋关节和膝关节运动范围要求,以提高机构运动学性能为目标,进行结构参数优化设计。初步分析结果表明,对机构参数进行优化,能提高运动学性能指标,该机构能够用于下肢瘫痪病人进行康复训练,为进一步并联机构的设计研究奠定了基础。     

5自由度4-SPRR-SPR并联机构的运动学与工作空间分析

以一种以转轴为动平台的5自由度4-SPRR-SPR并联机构为研究对象,运用螺旋理论对4-SPRR-SPR并联机构进行自由度分析,利用矢量法建立并联机构的逆运动学方程;对运动副约束进行详细分析,利用三维边界搜索法得到该机构的定姿态以及动姿态工作空间。研究表明,该机构的工作空间具有对称性、内部无空洞、截面形状规整等优点;同时,以工作空间体积为优化目标,获得运动副约束与工作空间体积的影响曲线,得到了支链移动副移动范围为影响工作空间的最大因素。该机构在复杂空间曲面的零件切削加工、打磨等方面有着良好的应用前景。     

基于工作空间的3T1R并联机构尺寸优化设计

采用一种球坐标变步长迭代快速搜索算法,分析求解了一种3T1R并联机构的可达工作空间,并用天牛须搜索算法对其机构尺寸进行了优化设计。首先,对机构进行位置分析,得到其运动学逆解;然后,采用一种球坐标变步长迭代快速搜索算法求解得到了该3T1R并联机构的可达工作空间,并以工作空间体积大小为衡量指标,定量分析了并联机构各结构参数对工作空间体积的影响;最后,以工作空间体积最大值为目标,利用天牛须搜索算法对并联机构结构参数进行了优化,得到了最优值。该求解算法运算步骤少,求解速度快,为此类并联机构的实际应用提供了理论依据。     

新型三自由度并联机构工作空间分析

随着并联机构技术的发展,少自由度并联机构由于具有结构相对简单,控制容易等优点,逐步成为机构学领域新的研究热点,在工业领域有着广阔的应用前景。针对并联机构工作空间较小的特点,对一种新型三自由度并联机构进行研究。该机构的工作空间对称分布于定平台的两侧。在分析其结构特点的基础上,推导出其位置反解方程。根据约束条件,采用数值方法绘制出工作空间的三维立体图和Z截面上的边界图。并定量分析了机构设计参数对工作空间大小的影响。     

新型6-PRRS并联机器人工作空间与结构参数研究

针对一种新构型的6-PRRS并联机器人,研究了该机构中长杆、短杆、固定平台、动平台结构参数的变化对其工作空间的影响.根据此类并联机器人工作空间形状的特点,提出一种比较简便的工作空间大小比较方法.不同的结构参数对应于不同的工作空间,通过机构参数影响的分析,为此类并联机器人的应用与设计提供直接的依据.     

电力铁塔攀爬机器人工作空间的3种求解方法

在对现有的机器人工作空间求解方法分析总结的基础上,分别采用蒙特卡洛法、定步距角法及仿真法求解电力铁塔攀爬机器人工作空间,并从图形效果、分析方法、用时及适用场合4个方面对其进行了比较,选择定步距角法为求解攀爬机器人工作空间的最优方法。通过对工作空间降维提取二维边界曲线并生成三维曲面的方法分析机器人工作空间边界,采用数值法求解了工作空间体积,为机器人结构优化设计、路径规划及运动控制提供了理论依据。     

一种新型非对称五自由度混联机器人的尺度综合

提出一种新型非对称五自由度混联机器人,由三自由度1T2R位置型并联机构和二自由度A/C转头串接组成。为保证机器人具有近似面对称的性能,围绕其中的并联机构开展尺度综合研究。通过定义并联机构的参考位形,提出一种凝练独立尺度参数的方法,并定义出可评价工作空间、运动/力传递特性及其面对称程度的运动学性能指标。在此基础上,将机构尺度综合问题归结为一类有约束多目标优化问题,并采用范数理想点法,得到一组可使机构兼具优良的运动/力传递特性及大作业空间/机构占地比的尺度参数,同时运动/力传递特性在全域内具有近似面对称乃至轴对称分布。在相同尺度参数下与Exechon和TriMule机器人的对比分析表明,该机器人具有与二者近似的全域运动学性能。     

六足步行机器人的并联机械腿设计

将并联机构用于六足步行机器人的腿部结构,以拓展六足步行机器人的应用领域.提出了一种基于(U+UPR)P+ UPS机构的并联机械腿,并对机械腿进行了结构参数设计.首先,对腿部机构进行了运动学分析,推导出了腿部机构的位置反解方程和速度传递方程;分析了腿部机构的工作空间并绘制了工作空间三维图,定义了工作空间性能评价指标,绘制了结构参数与工作空间性能指标的关系曲线.然后,对腿部机构进行了运动灵活性分析并绘制了雅克比矩阵条件数分布图,定义了运动灵活性评价指标,绘制了结构参数与运动灵活性指标的关系曲线.最后,基于工作空间性能指标和运动灵活性指标,采用蒙特卡罗法进行了结构参数分析,选取了一组性能较好的结构参数并考虑加工和装配工艺性,设计了一种新型3自由度并联机械腿的虚拟样机,为六足步行机器人的进一步研究奠定了基础.     

基于条件数的3-RTT并联机器人参数优化

采用基于各向同性条件数为目标函数，优化机构参数以最大化其运动学性能；运用归一化方法，在位置输入输出方程的基础上，分析了机构的轨迹。充分考虑机构的约束情况得到了机构的工作空间，分析了工作空间的几何性质；求出了机构的局部条件数表达式，以全域条件数为指标，采用数值方法进行优化研究；得到了机构的优化解即满足最大全域条件数时的机构结构参数，将优化结果运用到实例中，获得满足设计要求的结构参数。     

一种四自由度混合型并联平台机构的工作空间分析

对 3 TRT/SPS四自由度混合型并联平台机构进行了分析研究。根据 3 TRT/SPS机构的位置反解方程 ,应用优化方法 ,确定了机构工作空间的边界 ,对机构工作空间的形状和体积的大小进行了分析计算 ,并讨论了机构参数对工作空间的影响。     

交叉杆并联机床结构参数优化

增大工作空间和提高灵巧度是并联机床设计的一项重要任务。依据运动学反解,采用三维搜索的方法得到了带约束条件的交叉杆并联机床的工作空间;利用自然坐标法推导了该机床的新型雅可比矩阵;基于工作空间和新型雅可比矩阵获得了交叉杆并联机床的灵巧度分布。在此基础上分析了机床各结构参数对工作空间和全域灵巧度指数的影响规律,然后用最小二乘法进行曲线拟合并以工作空间指数和全域灵巧度指数为优化目标对该机床进行优化,与优化前相比,两项指标分别增大了0.40倍和0.26倍,达到了机构优化的目的。