柔索驱动并联机构随动平台运动学分析

建立了柔索驱动并联机构追踪随动平台结构模型,对柔索驱动并联机构进行逆解、正解分析,建立运动学模型。最后对运动学模型进行仿真,验证运动学分析的准确性。     

一种四足磁吸附爬壁机器人运动学分析及仿真

为实现爬壁机器人在不同曲率的铁基壁面上可靠吸附和自由运动,设计了一种能够全方位运动的四足磁吸附爬壁机器人。首先运用修正的Grübler-Kutzbach(G-K)公式对机器人进行了自由度分析。然后采用D-H法建立了机器人行走腿的连杆坐标系,分析了行走腿的正逆运动学。接着将机器人视为并联机构,分析了运载平台的正逆运动学,给出了逆运动学的解析解,并使用了一种基于牛顿法的求解含有冗余方程的数值算法得到了正运动学的数值解,建立了完整的机器人运动学数学模型。为了验证所建数学模型的正确性,使用Matlab根据所建数学模型编写计算程序,在Matlab和Adams中分别做了相同的正逆运动学仿真进行对比验证。最后使用螺旋理论得到了机器人的雅克比矩阵,结合Grassmann线几何理论分析了机器人的正逆运动学奇异位形,并验证了非冗余驱动时的一种正运动学奇异位形,给出了避免奇异性发生的方法。自由度分析结果表明运载平台具有六个自由度,能够完成空间全方位运动,机器人的结构设计合理;Matlab和Adams的仿真结果一致并且正逆运动学能够相互验证,说明了所建的数学模型的正确性,为机器人的运动控制、轨迹规划提供了理论基础;奇异性分析得出了机器人的奇异位形,为避免机构奇异性的发生提供了方向,利用逆运动学奇异性实现了无功耗静止。     

一种水陆两栖机器人的两移两转串并混联腿机构

为了适应水陆两栖机器人的复杂工作环境,提出一种同时拥有直线驱动和转动驱动的串并混联四足步行机器人。将串并混联机器人腿部机构简化为2UPU-UPR并联机构,并运用螺旋理论分析该并联机构的自由度特性,Y方向的位置和Z方向的姿态是影响机构运动的两个独立变量。推导出了2UPU-UPR并联机构的运动学反解及其速度雅克比矩阵,并根据速度雅克比矩阵分析了该机构的三类运动学奇异位形,2UPU-UPR并联机构没有运动学反解奇异,但是存在四种运动学正解奇异和两种混合奇异。通过对该机构组成的四足机器人进行直行步态规划,验证了机器人的运动稳定性;对一简单实例进行了单腿机构运动学仿真,分析其输入输出变化关系。研究结果可为机构的进一步动力学分析与应用提供理论基础。     

基于ADAMS的并联机构运动学仿真

为了研究飞行模拟器的六自由度并联机构,经过运动学的理论分析,探讨了结构逆解和结构正解问题,两种方法都可以得到运动学方程的解析解.应用ADAMS仿真分析软件对该并联机构建立仿真模型,可以得到运动学的仿真曲线,实际结果证明该软件对并联机构运动学结构逆解和结构正解问题求解的有效性.     

神光-Ⅲ精密装校平台运动学分析

针对神光-Ⅲ激光装置光机模块装校需要,设计了一套具有6自由度精密调整功能的混联装校平台。运用解析法建立了模块位姿与各姿态调整机构位姿的映射关系,进而求得系统运动学逆解。利用运动学逆解结果,采用BP神经网络实现驱动位移到模块位姿的非线性映射,从而获得系统运动学正解。为提高运动学正解精度,提出采用"单一输出"细分子网络,使得正解精度提高了一个数量级。为进一步提高位置精度,提出了一种对神经网络进行改进的位置补偿算法,使得位置精度提高至10-3 mm级,满足工程应用要求。MATLAB仿真验证了该方法的可靠性,并可有效应用于求解一般混联机构的运动学正、逆解。     

新型两转动自由度完全解耦并联机构及其特性

针对并联机构内部耦合性给其运动学和动力学分析以及控制系统的开发带来的问题,提出一种新型的两自由度转动解耦并联机构．运用约束螺旋法对机构的自由度和运动特性进行分析,通过修正的Kutzbach-Grübler公式计算出机构自由度数目;利用各构件间几何关系,求解机构位置正反解解析表达式;根据机构输入与输出参数间关系式,推导得到机构雅可比矩阵,进而依据雅可比矩阵表达式,验证了机构的解耦特性,并进而讨论了驱动输入的选择对机构奇异的影响．提出的解耦并联机构丰富了机构构型库,对进一步应用具有理论指导意义．     

一种新型张拉整体并联机构刚度及动力学分析

为了提高精密机械手的操作柔顺性,提出了一种四棱柱型六自由度张拉整体并联机构模型,由4条刚性驱动支链、2条绳索驱动支链和2条弹簧支链组成。建立了机构的运动学模型,推导了机构动平台角速度、角加速度与欧拉角之间的转化关系;根据螺旋理论建立了机构的静态平衡方程,从而进一步推导出机构的刚度矩阵表达式,并得到矩阵数值解;运用虚功原理建立了机构的伪刚体动力学方程。最后,对机构的速度、加速度、动力学方程进行数值计算、仿真,验证了上述数学模型的正确性,为该机构动力学特性的深入分析和控制策略的研究提供了理论参考。     

基于神经网络的6-SPS并联机器人正运动学精确求解

位置正解是并联机器人机构应用的基础。探讨了人工神经网络在并联机器人机构位置正解求解中的应用。采用BP网络，利用位置逆解结果，通过训练学习，实现操作手从关节变量空间到工作变量空间的非线性映射；从而求得6-SPS并联机器人运动学正解。为提高正解结果精度，采用迭代计算进行误差补偿。给出了一种并联机器人操作手的仿真实例。计算结果表明，该法迭代次数少，计算精度高且计算速度接近机器人实时控制的要求。     

串联冗余自由度机构关节角位置的规划算法

为了建立一种实时求解串联冗余自由度机构关节角位置的方法,解决串联冗余自由度机构逆运动学求解中角位置的求解问题,给出了逆运动学的数值解。根据加权伪逆理论,采用瞬时最优速度表达关节空间角增量的方法,研究了关节空间角位置数值解法,给出了冗余自由度机构连续跟踪期望空间姿态时的关节空间角位置计算方法。在典型运动输入条件下,分别恒定速比关节位置算法和加权逆速度积分方法获得的关节位置和姿态误差进行仿真。为验证算法有效性,以卫星天线姿态稳定系统为研究对象,仿真结果表明,恒定速比关节位置算法在运动学逆解过程中能够保证天线姿态误差Frobenius(弗罗贝尼乌斯)范数小于10~(-4)。仿真结果表明:本文提出的方法能够连续给出冗余自由度机构运动过程中的关节空间角位置的希望值,实现了逆运动学角位置层面的数值解和理想的控制精度。     

3UPS-1S并联机构的运动学分析

以3UPS-1S机构为研究对象,使用Grubler-Kutzbach自由度公式计算了机构的自由度,通过机器人学及机构学理论确定动、静平台坐标系、旋转矩阵,并根据机构几何关系推导出机构位姿逆解、正解方程,再由位姿方程求导得到雅克比矩阵,从而得到速度逆解、正解方程。分析结果表明：结构调整的3UPS-1S机构满足空间三维转动,且在动平台承受重载时,操作平稳;运动学分析得出机构的位姿正、逆解,速度正、逆解,对此类机构的理论研究很有意义。     

空间3-UPU/UPU机构的刚度分析

以3-UPU/UPU并联机构为例,进行机构分析及运动学分析,得到机构的雅克比矩阵;在静平衡条件下计算出并联机构的局部刚度矩阵和全局刚度矩阵;利用数学软件MATLAB绘制3-UPU/UPU并联机构的局部刚度曲线以及全局刚度曲线,分析上下平面外接圆半径的变化对局部刚度和全局刚度的影响.结果表明局部刚度矩阵以及全局刚度取决于机构的位姿,对于给定的位姿可求机构局部刚度及全局刚度的变化范围;机构的上下表面半径的变化情况影响着局部刚度和全局刚度,因此可以适当地增大上下表面半径来获得较高的局部刚度以及全局刚度。     

空间3-UPU／UPU机构的刚度分析

以3-UPU／UPU并联机构为例,进行机构分析及运动学分析,得到机构的雅克比矩阵;在静平衡条件下计算出并联机构的局部刚度矩阵和全局刚度矩阵;利用数学软件MATLAB绘制3-UPU／UPU并联机构的局部刚度曲线以及全局刚度曲线,分析上下平面外接圆半径的变化对局部刚度和全局刚度的影响．结果表明局部刚度矩阵以及全局刚度取决于机构的位姿,对于给定的位姿可求机构局部刚度及全局刚度的变化范围;机构的上下表面半径的变化情况影响着局部刚度和全局刚度,因此可以适当地增大上下表面半径来获得较高的局部刚度以及全局刚度。     

4-3型六自由度并联机构的位置正逆解分析

在对4-3型六自由度进行机构拓扑结构分析得出其耦合度为0的基础上;首先,通过顺序求解该机构各个基本运动链的位置,以求出输出平台的位置正向解析解表达式,再通过求解机构的位置反解,验证了全部正解的准确性.这种基于拓扑结构耦合度分析的位置求解方法,无须通过复杂的数学方法来建立、求解机构位置方程的一元代数高次方程,计算简易,而导出的正逆解析解便于实时控制及其后续的工作空间、误差分析等研究.     

Design considerations of high precision 6-HTRT parallel manipulator

Stewartinitialedasixdegrees of freedomparallelmanipulatorin1965.“Stewart platform”,aparallelmanipulator,isdefinedasarobotconsistingofatleasttwomainrigidbodieslinkedbymorethanonekinemat icschain.Theadvantages[1]ofparallelmanipulatorcomparedtoserialoneare…     

3-RPS型并联机构运动正解的研究

并联机构运动学正解是一个位置和姿态耦合的复杂非线性问题,一般难以求得封闭形式的解析解.应用解析法对3-RPS型并联机构进行运动学正解问题进行了求解,并给出正解方程通式以及各项系数值,得到封闭形式的解析解.并给出具体数值实例进行求解,得出全部位置解,同时给出部分机构空间图形验证了解法可靠性.     

六自由度模块化机械臂的逆运动学分析

针对自主研发的六自由度(DOF)模块化机械臂,提出一种逆运动学求解方法.根据机械臂的结构特点和运动学约束,对机械臂的运动学进行分析.建立该类型机械臂的正运动学模型,得到了机械臂逆运动学的完整解析解.采用Denavit-Hartenberg(D-H)法对机械臂操作空间进行描述,在考虑机械臂运动学约束的基础上,得到以关节角度为变量的正运动学模型.通过分析正运动学模型的可解性,采用矩阵逆乘的解析法求解机械臂的正运动学模型,得到了该类机械臂逆运动学的完整解析解.通过仿真验证了正运动学模型及运动学逆解的正确性,运动学逆解可以用于机械臂末端执行器的精确定位和运动规划.     

2UPR/UPS/UP并联机构的动力学建模与仿真

以一种具有空间三自由度的2UPR/UPS/UP冗余并联机构为研究对象,根据机构的约束条件建立各支链的闭环约束矢量方程,求得机构的位置反解并得到雅可比矩阵. 根据运动学分析,得到3个驱动支链的变化规律,方便实现对机构的位姿控制. 在此基础上,利用虚功原理对机构的动力学进行分析,建立该机构的动力学模型. 最后,在典型工况下对机构的运动学和动力学分别进行Matlab算例仿真与Adams样机仿真,通过对比仿真结果验证运动学和动力学模型的正确性. 该方法为并联机构的设计和控制奠定理论基础,同时适用于类似机构的研究与分析.     

平地机工作装置混联机构简化位置正解分析

为了研究平地机工作装置的运动学特性,提出工作装置混联机构简化位置正解的分析方法.根据平地机工作装置结构及各部件运动副关系,抽象出工作装置机构模型.基于平地机作业方式特点,对该机构进行分解和分析,确定少自由度并联机构为该机构的主体.利用螺旋理论对该并联机构进行自由度分析,采用数值分析法对该并联机构进行位置正解分析,并基于ADAMS实现平地机工作装置并联机构部分的位置正解分析.现场的物理试验表明,对于工作装置并联机构部分的位置正解,试验结果与计算机仿真结果基本吻合,最大误差不超过3%,满足平地机工作装置的精度要求;从而验证了所提出的分析方法的有效性.依据该理论基础,通过进一步的分析,获得平地机混联机构工作装置的运动学特性,最后讨论该机构设计要点,为工作装置设计和优化奠定理论基础.     

空间3自由度冗余驱动并联机构的运动学分析

由n(n<6)条SPS主动支链和一条被动约束支链构成的并联机构结构简单而且承载能力更强,具有非常广泛的应用前景。以4-SPS/S结构的并联机构为研究对象,实现模拟船舶在海浪中的3自由度摇摆运动功能。运用螺旋理论分析4-SPS/S并联机构真实的自由运动特性。运用坐标旋转矩阵变换和矢量导数法,推导出并联机构位置逆解的解析表达式以及各主动支链和动平台的微分运动特性。运用杆长约束条件和Sylvester结式消元法,推导出该机构位置正解的解析解。仿真研究和实例验证结果表明,该机构具有4组位置正解,其中2组为实解,另外2组为虚解,验证了位置正解求解算法的正确性。