应用于苹果加工生产线的2-CRR/UPU并联机构的运动学分析

提出了一种用于苹果加工过程中的分拣和装箱的2-CRR/UPU并联机构。建立2-CRR/UPU并联机构的运动螺旋矩阵,通过螺旋理论对其进行了自由度分析,采用修正的Kutzbach-Grubler公式进行验证;通过机构中的几何关系,求解该机构的位置逆解,推导出该机构的Jacobian矩阵并对其进行了速度分析;通过三维动态搜索法求解该机构的工作空间;根据Jacobian矩阵对机构奇异性进行分析,获得灵巧度指标在工作空间中的分布规律。该2-CRR/UPU并联机构能够进行三平移运动,且运动稳定,能够满足苹果分拣装箱时的动作要求。     

并联机构大范围收敛高效正解法

为提高并联机构正解的效率,以3-RPS并联机构为例,讨论了牛顿迭代法直接用于正解算法的不合理性,并基于牛顿型下降程序,提出一种求解并联机构位置正解的高效解法。该方法通过调整松弛因子,求解并联机构位姿方程的微分初值问题,通过引入符合工作空间的有效约束条件,求出指定杆长动平台的正确位姿。仿真结果表明,该方法摆脱了初值约束,算法具有全局收敛性,且计算速度快,结果准确可靠。     

基于调整步长牛顿法的Stewart并联机构位置正解

针对采用牛顿或拟牛顿迭代算法求解Stewart并联机构接近奇异位姿的位置正解时存在计算结果不收敛以及采用牛顿下山迭代算法求解时间较长的问题,提出了将调整步长牛顿法应用于并联机构位置正解。首先设计基于调整步长牛顿法的Stewart并联机构位置正解流程;然后,采用遗传算法以步长矩阵初值及等比参数为变量,以Stewart并联机构64种极限位姿正解所需迭代步数为目标,得到步长矩阵初值及等比参数最优值。通过数值算例,设置机构杆长绝对误差为0.01mm,对64种极限位姿进行正解,牛顿法与拟牛顿法共6种位姿正解不收敛;牛顿下山法10种位姿正解时间大于2.0ms;调整步长牛顿法正解时间均小于2.0ms。调整步长牛顿法为Stewart并联机构位置正解的实时应用提供了理论指导。     

含球面副并联机构的可调工作空间求解

为解决并联机构工作空间有限性问题,使其能够适应不同的工作环境及工况.主要以含球面副支链3-PSR并联机构的可调工作空间展开研究.首先在建立含球面副支链3-PSR并联机构几何模型的基础上,利用支链环封闭矢量法求解3-PSR并联机构的运动学方程;其次,综合考虑含球面副支链各运动副约束条件,构建了以滑杆的移动行程和连杆杆长之比为主要影响因素λ的3-PSR并联机构SimMechanics结构框图;然后,研究了影响因素λ对含球面副支链3-PSR并联机构的可调工作空间体积的变化规律;最后,在数值模拟的基础上,数值模拟出λ不同取值时3-PSR并联机构的位置工作空间体积图.研究结果表明,含球面副支链的3-PSR并联机构位置工作空间范围仍然有限,其形状规整分布均匀,且由转动副和球副转角限制的两侧边界、最大、最小杆长限制的上下部边界组成;且随着影响因素λ的取值,该机构可以达到扩大工作空间的目的 ,为含球面副支链3-PSR并联机构的后续应用设计提供了理论依据.     

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。     

基于拓扑结构分析的求解6-SPS并联机构位置正解的研究

建立机构拓扑结构复杂性和位置正解求解难易性的关系,提出按机构耦合度k大小来分类求解并联机构位置正解全部实数解的数值法,可使正解问题求解容易,具体内容包括：对39种不同构型的6-SPS并联机构,按6种基本机型、33种衍生机型的拓扑结构及其耦合度值分为k=0、1、2、3四类,分析得到了动平台边数、支链类型影响耦合度k值大小的规律。对不同k值的并联机构的位置正解求解指明明确的求解方向,即：对k=0的机构可容易地直接求解其解析正解;对k>0的机构,通过虚设k个SPS型支链,使之转化为k=0的虚拟并联机构,并基于杆长条件建立k个仅含一个变量的杆长相容性方程,再采用k维搜索法求出实数解。以六自由度球面Stewart机构为例,给出了求解耦合度k=1的任意6-DOF SPS并联机构位置正解全部实数解一维搜索法的具体步骤。这种基于拓扑结构分析的6-SPS并联机构位置正解求解的数值法,求解原理简单,计算量小,且具有一般意义。     

基于牛顿—欧拉法的4-UPS-RPS机构刚体动力学分析

为了研究三维转动两维移动4-UPS-RPS空间五自由度并联机构的刚体动力学问题,采用牛顿—欧拉法和虚拟样机仿真相结合的刚体动力学分析方法,分析了该并联机构的运动学,包括位置反解、并联机构驱动杆线速度和角速度,以及并联机构摆动杆和伸缩杆质心处线速度和角加速度;采用牛顿—欧拉法建立了4-UPS-RPS空间并联机构的刚体动力学模型,利用MATLAB对空载和有载荷条件下的算例进行了理论计算,分别求解出机构五个驱动杆的驱动力,利用ADAMS进行了机构虚拟样机的动力学仿真分析,验证了理论计算的正确性。该研究为4-UPS-RPS空间五自由度并联机构的设计制造和控制奠定了理论基础。     

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。     

Stewart衍生型并联机器人的工作空间分析

以一种新型Stewart衍生型并联机器人为研究对象,对其位置反解及工作空间进行了分析。首先,结合矢量法与旋转矩阵推导得出并联机器人位置反解的全解析表达式,并在Mathematica中构建了并联机器人虚拟样机,通过算例仿真验证了位置反解数学模型的正确性;然后,基于带杆长约束条件的全解析式位置反解,运用有限离散法,获得并联机器人在三种不同姿态下的位置工作空间和z=0 mm工作空间点云的姿态工作空间;进一步的,研究了结构参数对零姿态位置工作空间的影响趋势,总结得出适当减小并联机器人的动平台边长和增大初始杆长,能够增大位置工作空间。研究内容为Stewart衍生型并联机器人后续的奇异位形研究打下基础。     

激光加工用三平移并联机床的分析与研究

设计与研究了一种用于激光加工的三平移并联机床。介绍了并联机床的组成及部件间的连接关系。通过应用并联机构拓扑结构理论对并联机床的自由度进行了分析,得出其自由度输出为三平移。通过建立杆长约束方程,得到并联机床机构的运动学位置逆解方程。应用几何法对并联机床工作空间进行了分析与求解,并得出工作空间与机床机构参数之间的关系。通过建立并联机床的几何参数误差模型,得到机床动平台的输出位置误差,进而为并联机床生产和运动控制提供理论依据。