基于离散蒙特卡洛的一种3T1R并联机构工作空间分析

针对一种拓扑结构为2-PRPU型的3T1R空间并联机构,采用离散式蒙特卡洛法,通过对动平台转动自由度作离散化处理,在输入对称的情况下,实现了整个空间并联机构的定姿态工作空间、可达工作空间和灵活工作空间的可视化。从定姿态工作空间、灵活工作空间和可达工作空间的角度分析2-PRPU型空间并联机构的工作性能,表明该机构动平台的可达工作空间范围较大,且大部分为灵巧工作空间。这为多自由度空间并联机构的研究和应用提供理论基础。     

基于工作空间最大化的平面柔索驱动并联机构优化设计

工作空间是并联机构的重要指标,柔索驱动并联机构与杆支撑并联机构相比,其突出的优点是具有较大的工作空间.从平面柔索驱动并联机构出发,探讨柔索与动平台的连接位置对定姿态工作空间大小的影响.建立柔索驱动并联机构静力模型,并对4根柔索驱动的3自由度平面机构的定姿态工作空间进行分析,对此类机构的柔索与动平台的连接位置参数进行建模,通过直接搜索的优化算法对这些位置参数进行优化,得到了最优的结构参数.与常用的平面构型相对比,优化后的机构构型具有更大的定姿态工作空间.     

高精度大口径光栅拼接装置的控制算法

采用宏/微结合双驱动的少自由度并联进给结构,给出了一种光栅拼接装置设计算法.宏动部分是5PTS-1PPS型并联机构,采用步进电机驱动滚珠丝杠形式的进给机构;微动部分是5TSP-1PPS型并联机构,采用压电陶瓷驱动柔性铰链形式的进给机构;二者串联构成光栅拼接机构.计算了宏动部分和微动部分的并联机构自由度,利用并联机构运动学的逆解推导出该装置的控制算法,并根据控制算法进行了宏动、微动机构点位控制的运动学仿真.为了提高机构的定位精度,分析了机构的系统误差并提出了误差修正方法.最后,将以上算法应用到光栅拼接装置中.实验结果表明:宏动部分最大移动定位误差为3.6 μm,最大转动定位误差为4.4 μrad;微动部分最大移动定位误差为0.06 μm,最大转动定位误差为1.2 μrad;基本满足光栅拼接系统的精度要求.     

双重驱动四自由度并联机构型综合

高精度、大工作空间的机器人系统推动了精密操作工程的发展,宏、微操作手直接串联构成的机器人系统由于体积大,适用性在一定程度上受到了限制,因此开发体积小的宏/微机器人机构具有重要的意义.双重驱动并联机构本质上是两个具有相同自由度数目并联机构的集成,其结构简单、紧凑,灵活性更高,工作空间更大,可以用来开发体积小的宏/微操作机器人.基于螺旋理论,提出了双重驱动四自由度并联机构型综合的方法.作为示例,综合了三移一转四自由度双重驱动并联机构,得到了一些新型的双重驱动四自由度并联机构.     

并联微操作手的运动学分析

对６自由度并联微操作手的运动学进行了深入研究。此操作手是一个６－６型、ＰＳＳ副、带柔性铰且由压电驱动的微动并联平台。针对其微动特性,利用摄动旋转齐次变换矩阵,建立了并联微操作手的运动学方程,导出输入、输出位移的雅可比矩阵。该矩阵在整个微小运动范围内,可近似为常数阵。最后用计算机仿真分析了引入常雅可比矩阵的微操作手运动误差,结论证明了简化的合理性和有效性。     

三杆六自由度并联微动机器人的工作空间分析

针对提出的基于压电陶瓷驱动的三杆六自由度并联微动机器人,在分析其结构特点的基础上,通过坐标变换求出了其逆解方程.分析了影响并联微动机器人工作空间的约束条件,对定姿态工作空间采用一维搜索法求得边界点.用实例进行仿真计算,得到结构参数对工作空间的影响规律.与常规6-PSS并联微动机器人的定姿态工作空间进行了比较,说明了其工作空间分布的特点.所做的工作空间分析为机器人工作空间优化设计和机构尺寸设计提供了依据.     

3SPS-3PRS并联机构构型分岔特性

作为轴对称矢量喷管转向控制驱动机构的Gough-Stewart类并联机构,主要工作在奇异位置状态.在该位置,驱动平台能够获得一个绕其法线的自由转动,导致转向控制驱动机构的运动具有不确定性.为此,采用少自由度3SPS-3PRS并联机构限制该自由转动,通过对少自由度3SPS-3PRS并联机构的分岔特性研究发现,该并联机构存在尺度极限奇异位置,且输入参数的取值对由尺度极限奇异位置决定的并联机构的工作空间影响较大.对于给定的矢量状态要求,3SPS-3PRS并联机构的输入参数变化范围有可能超出由尺度极限奇异位置确定的工作空间,导致3PRS运动链产生较大的约束内应力,同时并联机构的工作空间跨越奇异位置使得动平台在通过奇异位置后的构型具有不确定性,因此该并联机构的运动奇异性问题依然存在.     

一种新型空间3自由度并联机构的正反解及工作空间分析

提出一种新型空间3自由度并联机器人机构,该机器人机构的动平台相对于定平台具有空间2个移动、1个转动自由度,建立了其运动学正反解的封闭形式,并对其工作空间进行了系统的分析和研究。该新型并联机器人机构在工业机器人、微动机器人、少自由度飞行模拟器和并联机床等领域具有广泛的应用。     

4-HUPU少自由度并联机构运动学建模及分析

依据宏/微驱动模式,将4-HUPU少自由度并联机构转变为4-HUU并联机构和4-UPU并联机构,从而简化了并联机构的运动学建模及分析,为设计及控制奠定了基础.采用虚设机构法导出4-HUPU机构在宏/微驱动下的影响系数矩阵,并基于影响系数矩阵对宏/微驱动下两个机构的速度、加速度进行分析,完成4-HUPU少自由度并联机构运动学建模及分析.通过数值算例验证了该分析方法的准确性.     

基于球面并联机构的检测平台设计与性能研究

为提高光电产品自动视觉检测的准确性,研制了一种含冗余驱动支链的4SPS/S球面并联调姿平台样机。含冗余驱动支链的4SPS/S并联机构为调姿平台机构本体,具有绕动平台中心点的3个转动自由度,可以实现待检零件任意角度图像信息的获取。建立了该并联机构的运动学模型,导出了机构位置逆解方程和雅可比矩阵;基于雅可比矩阵的秩讨论了机构的奇异性,并验证了冗余驱动支链能消除机构内部奇异;基于雅可比矩阵的非冗余分解,提出了一种评价冗余驱动并联机构力传递性能的指标。分析机构动定平台球铰安装方式对机构运动学性能的影响,得到了机构姿态空间体积大、灵巧度好的动定平台球铰安装方式;设计制作了球面并联检测平台样机,分析并绘制了样机姿态空间以及灵巧度、力传递性能在姿态空间内的分布。结果表明,样机转动空间大,无内部奇异,灵巧度和力传递性能高且分布均匀,能满足光电产品瑕疵检测的工艺要求。