并联天平的广义刚度矩阵建立

研究了一种新颖并联天平的广义刚度矩阵,首先应用虚位移原理与微分运动关系,导出并联天平各连杆分支承受的力与模型所承受的外载荷之间的关系,进而得出广义刚度矩阵用敏感元件的刚度系数与力雅可比矩阵表达的表达式.最后,将分析结论应用于数值算例,求解出并联天平的六阶固有频率,验证了该方法的有效性.     

一种并联机构雅可比矩阵的通用计算方法

雅可比矩阵是机构学中的一个重要概念,它深刻的反映了机构的本质,其结果不仅提供了一种运动学的映射关系,还为后续的分析和综合提供了依据。介绍了一种基于螺旋理论的并联机构雅可比矩阵的通用计算方法,由于采用构造的方式,避免了以往计算方法中的观察、求导等繁杂的步骤,从而使雅可比矩阵的计算大为简化;同时,由于其模块化、程序化的特点,该方法在计算机辅助设计中具有很大的优势。以3-RPS少自由度并联机构为例,进行了计算分析,该过程验证了方法的优越性,为后续的机构性能分析和设计奠定了良好的基础。     

基于雅可比矩阵条件数的并联机构参数优化

提出一种基于并联机构雅可比矩阵条件数全域参数优化方法。以并联机构6-pss为研究对象,根据机构的结构形式推导出机构的速度数学模型、建立雅可比矩阵,并用范数的形式建立雅可比矩阵条件数的数学模型;对并联机构进行参数归一化处理后,以条件数的平均值与波动值的综合值作为目标建立目标函数、给出约束条件,最后通过数值计算得到机构雅可比矩阵条件数的平均值、波动值曲线和优化目标函数值的曲线图,优化出最佳参数值,为该机构尺寸优化提供重要依据。     

含双驱动支链的2UPS-RPU并联机构雅可比矩阵

基于旋量理论和李群李代数方法,以4自由度2UPS-RPU并联机构为例,提出了含串联输入支链的并联机构正运动学雅可比矩阵的一种新的推导方法。首先利用指数积公式建立含串联输入支链的位置正解,得出动平台位姿矩阵,根据动平台位姿矩阵列出第2和第3支链对动平台的约束方程,通过对方程组两边微分,得出第1支链关节速度与主动关节速度的映射关系,然后代入第1支链正运动学速度关系式,得出并联机构的正运动学雅可比矩阵。最后,基于螺旋理论建立了并联机构逆运动学的完整雅可比矩阵。为机构的奇异性分析提供了理论基础。     

并联机构雅可比矩阵的新式解法

介绍了并联机器人雅可比矩阵的两种新式解法：矢量构造法、基于符号运算的微分构造法。由于采用构造的方式计算雅克比矩阵，避免了以往对反解方程直接求导的计算方式，从而使雅克比矩阵的计算大为简化，另外利用计算机强大的计算功能，采用符号运算的方式也很方便。文中以6-PSS结构并联机器人为立，计算结果表明：这两种方法计算简单、准确、在工程应用中具有很强的实用性。     

新型并联机器人ROBO_003的雅可比矩阵研究

运用反螺旋理论对ROBO_003三自由度并联机器人的雅可比矩阵进行了研究。采用简单的方法找到支链关节螺旋的反螺旋,从而得到了约束雅可比矩阵、驱动雅可比矩阵和完全雅可比矩阵,导出动平台的运动速度到驱动关节速度之间的映射。该方法亦可用于其他三自由度并联机器人的雅可比矩阵研究。     

对称五自由度3R2T并联机构的雅可比分析

针对对称五自由度3R2T并联机构提出一种雅可比分析方法。首先简单回顾3R2T并联机构的自由度特性,然后运用螺旋理论建立单个分支运动链的雅可比矩阵,该矩阵为6×5阶长方阵;再利用该类并联机构的自由度特性,说明6×5阶分支雅可比矩阵的第6行是冗余信息,可将其删除,从而把分支雅可比矩阵简化为5×5阶方阵,可以证明该方阵在机构非奇异位形下满秩;在选定并联机构的驱动副后,通过对新的5×5阶分支雅可比方阵进行一系列矩阵运算,可以建立整个五自由度3R2T并联机构的5×5阶雅可比矩阵。     

基于雅克比矩阵条件数的Delta并联机构参数优化研究

通过建立Delta机构的空间模型,将机构尺寸抽象化处理,用向量法和导数法求取Delta机构的雅可比矩阵表达式,并以机构条件数分布及奇异形位分析来进行参数优化研究。     

3-PRS并联机构关键参数优化设计

这里研究了一种具有Z轴、A轴、B轴运动的3-PRS并联机构，使其可以作为一个部件完成复杂曲面铣削加工，且能够完成立式卧式加工。应用雅可比矩阵条件数作为一项指标，对3-PRS并联机构的关键参数在其工作空间内进行优化，可使3-PRS并联机构的A及B轴的转动范围在满足900的同时达到最优。该优化过程可用于此类机构的创新设计。     

一般并联机构的刚度范围分析

并联机构的雅可比矩阵表示机构输入速度和输出速度的线性关系。根据刚度的定义,利用虚功原理,可以导出并联机构关节力与相应的广义操作力之间的关系,进而推导了一般并联机构在某位姿时刚度的标量指标。同时确定出此时并联机构刚度的范围。接着以两种常见的一般并联机构为例,比较了它们在相同位姿时的刚度,为并联机构的构型设计和优化提供了依据。     

基于雅克比矩阵的并联机器人运动学性能分析

基于雅克比矩阵的机构运动特分析对于并联机构的设计具有重要指导意义。本文主要介绍3-UPS/RRR并联机构的运动特性,首先建立机构的雅克比矩阵,利用雅克比矩阵建立机构的可操作度指标,其次借助可操作度指标对在不同姿态下的机构可操作度进行评估。通过MATLAB仿真结果表明,该机构具有良好的可操作性能。     

对称4自由度3R1T并联机构雅可比分析

针对对称4自由度3RIT并联机构提出一种雅可比分析方法.首先运用位移群理论分析3RIT并联机构的自由度特性,得到动平台在空间的运动为四维位移流形,然后运用螺旋理论建立单个分支运动链的雅可比矩阵,该矩阵为6×5长方阵:再利用该类并联机构的自由度特性证明6×5的分支雅可比矩阵的第四行和第五行为冗余元素,删除其中之一则可把分支雅可比矩阵简化为5×5方阵,该方阵在机构非奇异位形下满秩.在选定并联机构的驱动副后,对每个分支简化后的5×5雅可比方阵求逆,再分别取出逆阵中对应于驱动副的行矢量构成一个4×5长方阵,由于该长方阵的第四列元素始终与0相乘为冗余信息,删除该列元素后得到一个4×4可逆方阵,对之求逆即得整个4自由度3RIT并联机构的雅可比矩阵.该方法简捷易行,可进一步应用于3R1T并联机构的性能分析和运动学设计.     

新型2-TPS/2-TPR并联机构完整Jacobian矩阵

基于螺旋理论建立2-TPS/2-TPR少自由度非对称并联机构完整Jacobian矩阵,它由约束子矩阵和运动子矩阵组成。这两者在并联机构分析(特别是在进行尺寸综合等运动学设计和性能评价)中起着重要的作用。首先,利用螺旋理论先导出2个TPR分支链对平台的约束子矩阵;其次,分别锁定各支链主动副,基于螺旋理论依次导出4个支链对应的运动子矩阵。在约束子矩阵和运动子矩阵基础上,推导出2-TPS/2-TPR并联机构完整Jacobian矩阵。根据实际运用布置2-TPS/2-TPR并联机构铰链,得到其完整Jacobian矩阵,为今后对该机构的进一步分析提供依据。     

基于可变加权矩阵的机器人雅可比矩阵规范化

末端同时具有平移和转动自由度的机器人雅可比矩阵量纲不统一,导致灵活性指标计算困难,针对此问题提出一种简洁有效的基于可变加权矩阵的雅可比矩阵规范化方法。分析现有规范化方法的原理和不足,根据机器人灵活性的本质意义,提出使对应末端两类速度的雅可比矩阵行矢量有效相对化是雅可比矩阵规范化的核心问题。从雅可比矩阵条件数的定义和各向同性位形的要求出发,给出了雅可比矩阵规范化的一般思路和方法,定义了可变加权矩阵概念。可变加权矩阵直接由雅可比矩阵自身导出,并用于雅可比矩阵规范化,避免了现有方法需要引入额外参数的缺点和不便,也证明了灵活性是机器人的固有属性,与任何额外引入的参数无关。以6R机器人为例进行的理论推导,和以平面3R机器人和Puma560机器人为例进行的数值仿真,验证了可变加权矩阵方法的有效性。     

并联机器人力传递性能分析

并联机器人雅可比矩阵中包含了输入输出力/力矩关系的信息,以此为基础可以进行一些力学性能评价。然而,力和力矩具有不同的量纲,因而,直接对雅可比矩阵进行分析计算不尽合理。据此,将雅可比矩阵分为力雅可比和力矩雅可比,在此基础上,研究并联机器人在工作空间内的力传递性能和力矩传递性能。所提方法自然直观,避免了不同量纲的物理量之间的混合,所得结果物理意义明晰,可用于并联机器人结构优化。     

一种新型三自由度并联机构的奇异性分析

提出了一种新型三自由度空间并联机构,根据螺旋理论分析了该机构的运动平台只能实现三维移动.利用坐标变换法建立了机构的位置和速度解析方程,并根据正、逆雅克比矩阵系统分析了机构的奇异位形.     

基于反螺旋理论的3-RSR并联机器人雅可比矩阵研究

运用反螺旋理论对3-RSR三自由度并联机器人的雅可比矩阵进行了研究。采用简单的方法,找到支链关节螺旋的反螺旋,从而得到了约束雅可比矩阵、驱动雅可比矩阵和完全雅可比矩阵,不但导出动平台的运动速度到驱动关节速度之间的映射,而且易于进行全面的奇异位形分析;3-RSR并联机器人无约束奇异,当支链的驱动旋转副轴线、被动旋转副轴线和球铰共面时,产生结构奇异。该文方法亦可用于其他三自由度并联机器人的雅可比矩阵研究。     

2-UPR-SPR并联机构转轴分析

两转一移(2R1T)并联机构转动自由度的轴线包括瞬时转轴和连续转轴。转轴的性质和在空间的分布对2R1T并联机构的轨迹规划和运动学标定等具有重要意义,尤其是在对末端姿态能力要求高的应用如五轴数控加工中更为重要。五自由度Exechon混联加工中心被广泛应用于高端制造业,其由属于2R1T并联机构的2-UPR-SPR并联机构和RR串联机构组成。运用螺旋理论,建立2-UPR-SPR并联机构在初始位形、动平台发生单自由度连续转动后的位形、动平台发生两自由度连续转动后位形下的各分支运动螺旋系和约束螺旋系。根据刚体转轴与约束力作用的关系,确定了动平台的两条连续转轴,这两条转轴的方向与机构位形相关,且分别过参考坐标系原点和球铰中心点。     

基于3-UPS机构并联机床的运动学分析

结合并联机床的机构特点,采用矢量法建立了3-UPS并联机床机构运动学模型,运用求导法推导了3-UPS机构的一阶影响系数矩阵,分析了机构的奇异性和平稳性。