基于旋量运动学模型的飞行员操纵舒适性分析（英文）

依据GJB4856—2003提供的中国男性直升机飞行员人体尺寸,建立飞行员的上肢6自由度运动学模型,通过旋量理论和指数积公式对飞行员操纵舒适性进行分析,求解出飞行员的可达空间和舒适操纵空间,利用其结果对飞机座舱的操纵杆进行优化布置。采用基于旋量理论的指数积运动学建模方法,只需建立基础坐标系和工具坐标系,使得运动模型更为简单,且具有更明确的物理和几何意义。该方法为飞行员驾驶工效的评估提供了一个新的思路,可用于驾驶室布局的优化设计。     

基于旋量理论的4-R(SS)2并联机器人正运动学分析

研究机器人运动学较为传统的方法为D-H参数法,以4-R(SS)2并联机器人为研究对象,基于旋量理论,根据指数积公式对该机器人进行正运动学分析,得到机器人的位姿变换矩阵。旋量法只需要建立惯性坐标系S和工具坐标系T,经过每一个关节变量之间的变换,最终可得到其运动学方程。与D-H参数法相比,此方法使运动学模型变得更为简单,并且具有更明确的几何意义。最后对并联机器人进行运动仿真,构建其仿真模型,确定机器人各结构的参数,输入随机关节变量,得到的结果与文中计算的结果进行对比,验证本文方法的准确性。     

基于旋量理论的6R工业机器人运动学建模与分析

针对六自由度工业机器人,基于旋量理论,运用旋量指数积方法对机器人进行运动学建模,基于此模型对机器人逆运动学进行求解。根据机器人的构型,提出一类子问题,即两关节相互平行且与第三关节垂直,运用旋量理论及已知的Paden-Kahan子问题对该类子问题的求解进行推导。基于旋量法对速度雅可比矩阵进行推导,在此基础上对机器人的奇异性进行分析,求出奇异形位各关节的角度值,为机器人的轨迹规划和实时控制提供理论基础和重要数据。运用MATLAB对运动学求解及奇异性分析进行仿真,仿真结果显示:所建立的运动学模型正确,求解算法精度高,奇异性分析结果正确。     

6自由度3P3R温室服务机械臂运动学分析

应用Lie群知识和旋量理论等现代数学工具,描述了机械臂的刚体运动及传递关系。通过指数积公式与关节旋量建立了串联构型机械臂的运动学模型,分析了运动学正解与逆解,并以某型6自由度3P3R温室服务机械臂为例,对运动学算法进行了验证。基于旋量与指数积的运动学算法与D-H参数法等效,但相比之下,几何与物理意义明确,计算过程更简单且无奇异性,更适合机械臂运动控制系统设计需要。     

基于旋量法的飞机表面清洗机器人运动学分析

针对5自由度飞机表面清洗机器人,通过旋量和指数积公式求解了运动学正解,得出末端执行器相对惯性坐标系的位形。采用运动螺旋求解了运动学正解的雅可比矩阵,为机构的奇异性、实时控制、可操作性的研究提供了理论基础。     

卧式加工中心空间精度预测及量化验证

为提高卧式加工中心整机加工精度,且针对卧式加工中心精度预测模型难以量化验证的问题,基于旋量理论建立了精度预测完备模型,在此基础上提出了一种新的精度预测模型量化验证方法.首先,以旋量理论为研究基础,并借助旋量指数积建立了某多自由度机器人末端运动学正解;其次,在分析了卧式加工中心几何误差的基础上,结合该机床运动链分析结果构...     

基于螺旋理论的6R串联工业机器人奇异位形分析

针对6自由度串联工业机器人,对其工作空间中的奇异位形进行了分析。基于旋量理论,运用旋量指数积(POE)方法对机器人进行运动学建模,得到正运动学方程,并基于旋量指数积法对速度雅克比矩阵进行了推导。根据机器人处于奇异位形时的条件,对雅克比矩阵的行列式进行求解,从而得到机器人处于奇异位形时的所有情况,并给出了发生奇异时的机器人的构型。在此基础上,基于可操作度、雅克比条件数及最小奇异值等灵巧度指标使用MATLAB对机器人的奇异位形进行了仿真,仿真结果表明该机器人在3种情况下处于奇异位形,与分析结果一致,验证了文中方法的正确性。     

石材雕刻机械臂运动学性能的分析与优化北大核心

石材雕刻机械臂在其工作空间内的运动学性能的变化相当复杂,其运动性能的优劣是影响石雕产品质量的重要因素。分析并优化石材雕刻机械臂在其工作空间内的运动性能。基于D-H参数法建立石材雕刻机械臂运动学模型,通过旋量理论中的指数乘积公式计算石材雕刻机械臂正运动学解和逆运动学解;基于雅克比矩阵的条件数,提出可以定量描述石材雕刻机械臂运动性能的指标(灵巧度),并进一步研究灵巧度在关节空间坐标和操作空间坐标下的变化规律;基于Dijkstra优化理论,在石材雕刻机械臂的可达工作区内给出机械臂运动性能最优的工作空间。结果表明:当石材雕刻机械臂在最优工作空间中移动时,其关节角加速度的波动会大幅减小。研究成果可为石材雕刻机械臂加工位置的布局提供参考。     

高速冲压生产线上下料冗余机械臂的运动学分析

在应用于高速冲压生产线冗余机械臂姿态规划和轨迹优化过程中,以兼顾上下料效率与轨迹的平稳性为目的,对冗余机器臂的加加速度进行约束,基于旋量理论建立运动学模型,得到正运动学方程,采用遗传算法对冗余机械臂进行逆运动学分析,结合五次B样条插值方法,对末端执行器运动轨迹的加加速度进行优化。结果表明,该方案可有效提高上下料效率,保证冗余机械臂上下料过程运行平稳。     

六自由度医用摆位机器人机构设计与研究

针对固定束重离子治疗室精确放疗需求,设计了一种六自由度医用摆位机器人,提出其机构设计方案,并建立虚拟样机模型。避免利用传统Denavit-Hartenberg(D-H)参数法对机器人进行运动学建模时的缺陷,引入了一种基于李群刚体运动特殊欧式群和旋量理论构建摆位机器人运动学模型的方法;基于所建立的运动学模型,对医用摆位机器人机构件碰撞干涉、工作空间、束流辐照范围进行仿真研究。结果表明:所设计的六自由度医用摆位机器人能满足在连续空间内精确运动和定位的条件,且能很好地满足较大范围内多方向束流辐照的需求。     

五轴联动数控加工中旋转角的优化和选择

根据A-C双转台五轴数控联动机床的运动学模型,结合其结构及工作空间,研究了该类五轴联动数控机床的旋转角优化选择策略及其优化算法,通过仿真分析和加工实验对该算法进行了验证,为该类机床旋转角的优化选择提供了方法.     

立式加工中心空间误差验证及补偿

为提高某立式加工中心整机加工精度,借助旋量理论建立完备立式加工中心空间误差模型,在此基础上实现机床空间误差有效补偿.以旋量理论为基础推导并建立机床刀具运动链与工件运动链运动学正解,分析机床21项几何误差原理,在考虑21项几何误差的基础上建立该立式加工中心完备空间误差模型;利用九线法完成各项几何误差辨识;基于旋量运动学正解求解机床运动学逆解后得出运动轴实际运动路径,并通过体对角线实验对比补偿前后的效果.结果表明:所提补偿方法补偿效果显著,验证了机床空间误差模型的准确性,实现了提高机床加工精度的目的.     

型交叉杆并联机床运动学分析

研究了一种特殊构型6 UPS并联机床的运动学。根据机床实物建立虚拟样机模型,并用李群李代数理论对其位姿变换进行描述;采用旋量理论对该机床的自由度进行了分析;在运动学反解的基础上,求解了其工作空间形状,描述了其可加工几何范围;在运动学模型的基础上,采用四元素法和广义逆对其位置正解进行了研究,得到唯一正解;通过虚拟样机仿真,分析了该机床的位置正反解过程、速度雅克比矩阵、电机驱动函数以及几何约束条件等,为进一步研究其运动性能和运动控制提供了参考。     

BJ-04-02(A)型交叉杆并联机床运动学分析

研究了一种特殊构型6-UPS并联机床的运动学。根据机床实物建立虚拟样机模型,并用李群李代数理论对其位姿变换进行描述;采用旋量理论对该机床的自由度进行了分析;在运动学反解的基础上,求解了其工作空间形状,描述了其可加工几何范围;在运动学模型的基础上,采用四元素法和广义逆对其位置正解进行了研究,得到唯一正解;通过虚拟样机仿真,分析了该机床的位置正反解过程、速度雅克比矩阵、电机驱动函数以及几何约束条件等,为进一步研究其运动性能和运动控制提供了参考。     

基于旋量理论的打磨机器人位置精度分析

为建立各误差源与打磨机器人的末端位置误差的对应关系,在基于旋量理论建立了打磨机器人的运动学模型的同时,对可能产生的主要误差源进行了分析,通过误差源之间的几何关系建立误差旋量,从而得到静态误差模型;分析了各单项误差对机器人末端执行器位置误差的影响及各误差源对末端位置误差的显著性影响,为机器人精度优化方案的提出提供可靠的分析参考。分析结果表明:结构误差及传动误差是机器人静态位置精度的主要影响因素,其中结构误差为稳态误差,可以通过精度设计减小或补偿,传动误差需要通过后期的标定来解决。     

7自由度串联机器人运动学分析

为了保证机器人运动角度精确,以此研究7自由度串联机器人的运动学特性,对其进行正向运动学和逆向运动学的分析。首先,通过旋量理论方法建立该7自由度串联机器人的正向运动学方程。其次,在应用旋量理论得到正向运动学方程的基础上,通过将几何法和位姿分离法两种方法结合用来求解机器人的逆解。最后,将结果在Adams/MATLAB联合仿真进行验证,求解逆解方法的正确性,经过仿真得到运动学角度函数变化曲线以及关节角度变化值,与理论所得到的角度值进行比较分析,结果验证了该方法的有效性和正确性,表明该方法具有精度高、运算量小的特点。     

辊柱旋轧力能参数求解模型与分析

为解决旋轧工艺在大进给比下材料隆起和堆积的问题,提出了一种采用行星布置的辊柱旋轧加工工艺。首先,根据辊柱在空间的运动轨迹及管坯为半无限体的假设,建立了辊柱旋轧过程中辊柱与管坯的接触方程;依据坐标转换原则,得到辊柱与管坯接触区在动坐标系各坐标面下的投影面积;利用钢球压入空间半无限体时成形区的平均压力与变形区单位接触压力近似相等的假设,建立了辊柱旋轧数学模型。其次,基于ABAQUS/Explicit平台建立了辊柱旋轧三维数值模型,改变进给比f、减薄量t_p和送进角β,进行多工艺参数数值模拟。结果表明：旋轧力三向分力的理论计算结果与有限元模拟数据具有较高的吻合度,提出的辊柱旋轧三维数值模型计算方法可以为旋轧工艺与设备设计提供参考。     

基于蒙特卡洛法的七自由度拟人机械臂工作空间分析

应用D-H法对七自由度拟人机械臂建立关节坐标系并确定杆系参数,建立机械臂运动学模型,应用齐次变换法推导出机械臂末端执行器的位姿。根据机械臂关节空间到工作空间的映射关系,提出采用蒙特卡洛法分析该机械臂的工作空间,得出机械臂工作空间的云图。为后续的机械人轨迹规划、动力学分析、运动控制和参数优化提供了参考依据。     

基于旋量的4UPS/UPR并联机构动力学建模及分析

针对4UPS/UPR少自由度并联机构的动力学建模问题,提出了基于旋量代数的动力学建模方法。首先,给出了旋量速度、加速度在物体坐标系及空间坐标系的表示形式,以此为基础将传统形式的牛顿-欧拉公式表示为旋量形式,并对其坐标不变性进行了证明。结合虚功原理,得到了并联机构包括动平台及分支的动力学Hessian矩阵,建立了其动力学模型,并给出了动力学耦合指标。结合数值算例,将理论计算结果与ADAMS仿真结果进行比较验证了上述动力学建模方法的正确性,并对4UPS/UPR机构动力学指标表征的物理意义进行了阐述。基于旋量的动力学建模方法形式简洁紧凑、易于编程,为其他机构的动力学建模提供了理论参考。     

基于MATLAB的码垛机械手运动学分析与仿真

对一种五自由度码垛机械手建模,采用改进版D-H法建立起机械手的7个连杆坐标系,通过坐标变换推导出机械手末端工具坐标系相对基座的位姿,由关节变量分离法求得逆运动学问题中5个关节角的解析式,最后使用Robotics Toolbox提供的函数在MATLAB环境下建立起机械手运动学仿真模型并进行实例仿真,指出常规的逆解验证过程存在的不足进而提出采用相应的补充验证手段的观点,验证了正、逆运动学求解的正确性,为后续分析、控制与优化提供运动学参考。