平面三自由度并联机器人理论工作空间与机构尺寸关系研究

以一种平面三自由度并联机器人机构为研究对象,对其机构尺寸进行量纲一划,给出反映机构尺寸参数变化范围的设计空间,求得其封闭运动学反解。利用运动学反解存在条件和设计空间,计算该机器人机构理论工作空间并绘制理论工作空间性能图谱,建立了机构理论工作空间与机构运动学尺寸之间的一一对应关系。总结该机器人理论工作空间性能指标在设计空间内的分布规律,给出了理论工作空间较大的机构尺寸范围。这些图谱是该机器人机构优化设计的重要参考依据。     

一种1T2R型并联机构的运动学及工作空间分析

提出了一种新型1T2R型3自由度并联机构,对其进行了运动学及工作空间分析.详细描述了该机构的机构特性,基于螺旋理论对其自由度进行分析,并结合修正Grübler-Kutzbach公式进行验证.根据机构的结构及运动特性,利用空间位置矢量法推导出机构运动学正逆解模型,通过将具体实例理论计算结果和Adams仿真结果对比分析,验证了模型的正确性.基于蒙特卡洛方法对该并联机构的工作空间进行了分析.研究为该类机构的详细机械构型以及实际应用奠定了理论基础.     

5自由度4-SPRR-SPR并联机构的运动学与工作空间分析

以一种以转轴为动平台的5自由度4-SPRR-SPR并联机构为研究对象,运用螺旋理论对4-SPRR-SPR并联机构进行自由度分析,利用矢量法建立并联机构的逆运动学方程;对运动副约束进行详细分析,利用三维边界搜索法得到该机构的定姿态以及动姿态工作空间。研究表明,该机构的工作空间具有对称性、内部无空洞、截面形状规整等优点;同时,以工作空间体积为优化目标,获得运动副约束与工作空间体积的影响曲线,得到了支链移动副移动范围为影响工作空间的最大因素。该机构在复杂空间曲面的零件切削加工、打磨等方面有着良好的应用前景。     

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。     

微创手术机器人灵活工作空间的分析与优化

以冗余八自由度微创手术机器人为研究对象,通过对手术机器人构型,采用D-H法和坐标变换相结合的方法,建立构件固连坐标系对机器人进行正运动学分析,利用蒙特卡罗法方法生成手术机器人的工作空间,满足了机器人的工作要求。以雅克比矩阵条件数的倒数为理论基础,通过MATLAB编制程序,求出微创手术机器人工作空间任意一点的灵活度,用图形仿真出工作空间任一点的灵活度分布以及灵活工作空间,为手术切口位置的布置及手术路径的规划提供了可靠数据。利用全局性能指标GCI作为优化指标,建立了优化目标函数,通过遗传算法进行优化计算,得出影响机构灵活工作空间的最优机构参数,满足了机器人灵活性的要求。     

一种2SPS+UPR并联机构的位置与工作空间分析

对2SPS+UPR并联机构进行了分析研究。运用解析几何中的坐标变换理论,求得了该机构位置反解的显式表达式,利用数值仿真验证了位置反解数据;采用CAD变量几何法确定了该并联机构的工作空间边界曲面,并利用小型CAD软件对工作空间进行了三维可视化描述,从而给出工作空间一种有效的计算方法。     

基于遗传算法3-RCR并联机器人的结构参数优化设计

确定机器人机构结构参数是并联机构优化设计的难题,因为并联机器人的机构结构参数优化属于多维,多目标和多约束条件优化问题。基于3-RCR并联机构的工作空间体积,分析了机构结构参数对工作空间体积的影响。运用坐标变换法对机构的位置反解进行求解;利用极坐标边界搜索法通过具体算例确定了机构的工作空间及其边界,以工作空间为目标利用遗传算法对机构进行了结构参数优化,获得了性能优良的结构参数,运用MATLAB软件编程得到了该并联机构的工作空间图谱。为该类并联机构的进一步研究和推广应用奠定了基础。     

2-PSS&PPU并联微动机器人的工作空间分析

提出一种2-PSSPPU并联微动机器人机构。利用螺旋理论分析了该机构末端执行器的自由度,并推导出其工作空间理论范围。最后通过一个完整算例,基于MATLAB软件搜索机构工作台的运动边界,从而计算出机构工作空间,证明理论推导的正确性。在进一步的分析中,可以确定当限制某个驱动杆件长度时,可以对工作空间产生影响,为该机构的运动学和动力学分析奠定了基础。     

2-RPR+RRP球面混联机构的可达工作空间研究

研究2-RPR+RRP球面混联机构的可达工作空间,首先,应用修正的Kutzbach-Grvbler公式对机构的自由度进行求解,得出了机构的自由度以及动平台的运动特性;其次,以机构的几何关系为约束条件,结合旋转矩阵建立了机构的运动学位置封闭正解数学模型;最后,根据运动学正解模型应用MATLAB软件绘制出动平台参考点在特定条件下的可达工作空间,并利用SolidWorks仿真软件对同条件下的可达工作空间进行了验证。证明了正解模型的正确性,为机构进一步分析与优化提供了理论基础。     

Tsai氏并联机构工作空间解析及尺度综合

以Tsai氏异型DELTA并联机构为研究对象,利用螺旋理论进行自由度分析,简化机构并以无量纲参数对其进行运动学分析、空间解析及尺度综合。利用曲面包络理论求得机构可达工作空间,导出最大内切球优化空间位置与无量纲参数的约束关系。以雅可比矩阵各列单位化所构成新矩阵乘其转置的行列式作为机构操作性能的衡量指标进行尺度综合,最后得到使机构操作性能最优的无量纲尺度参数。     

移动副驱动的Delta机构工作空间分析及机构优化研究

针对在给定的设计要求下,确定移动副驱动的Delta机构的最优结构参数的问题,对该机构的约束方程、位置正解反解、工作空间、机构的雅克比矩阵等方面进行了研究。在机构的结构分析的基础上,采用了解析法和搜索法对工作空间进行了研究,并取工作空间的内切圆柱体作为设计空间,推导出了工作空间的度量参数与结构参数的关系。然后通过支链矢量图推导出了该机构的雅克比矩阵,获得了该矩阵的条件数的分布情况,并通过取条件数在工作空间的积分来评价机构的操作性能。最后在给定设计要求下,通过进行机构优化确定了最优的结构参数。研究结果表明,可利用工作空间度量参数和雅克比矩阵的条件数积分进行机构优化以满足对该机构工作空间和操作性能的设计要求。     

三维平动并联机床的运动分析

提出了一种能实现空间三维平动的3-PTT并联机构,通过约束螺旋理论分析了机构的自由度,介绍了仿真法研究并联机构的工作空间.利用SimMechanics模块根据机器人的结构进行建模,跟踪支链末端轨迹,绘制并计算并联机构的工作空间.分析表明,该机床具有工作空间大、无空洞以及截面形状规则等优点,适合长方体作业空间、工业搬运等领域.     

冗余机构2URR-2RRU运动学与性能分析

针对实际运动控制对机构运动学分析及性能分析的依赖性问题,将并联机构运动分析方法应用到了新型并联机构2URR-2RRU中。首先运用了螺旋理论对机构自由度进行分析,采用矢量法对机构进行了位置分析,通过位置反解求解了相应的雅可比矩阵,并对机构进行了奇异性分析,再利用Matlab空间数值搜索法对该并联机构进行了工作空间分析,最后采用LTI性能指标对该机构的力/运动传递性能进行了分析。研究结果表明:该3自由度并联机构位置正解解析解难以求解,且该机构只存在反解奇异,其工作空间在Y轴方向上的大小由机构末端尺寸决定;性能分析结果显示,该机构具有良好的力/运动传递性能,可为2URR-2RRU并联机构优化提供理论基础。     

一种新型六自由度可重构并联机构的设计与应用

为了克服并联平台工作空间小的问题,结合少支链并联机构与可重构机构的优点设计出一种新型可重构并联机构,该机构可在3-SPS、2-SPS-SRS、2-SRS-SPS和3-SRS构型之间灵活转换,在保持了并联机构原有的优点上扩大了其工作空间,增加了其灵活性。以该并联机构为研究对象,首先利用螺旋理论对机构的各个构型进行自由度分析,接着在结合矢量法与旋转矩阵法建立出机构各个构型的运动学反解方程,然后以建立好的各个构型的运动学反解方程为基础采取三维极坐标搜索法仿真出机构在各个构型中的工作空间并进行对比分析,最后给出了三个应用实例,为该机构进一步的理论研究提供了一定基础。     

一种2PUU+2PUS并联机构的位置与工作空间分析

对2PUU+2PUS并联机构进行了分析研究.运用解析几何中的坐标变换理论,求得了该机构位置反解的显式表达式,给出了求解位置正解的方法,并进行了数值验证;采用CAD变量几何法确定了该并联机构的工作空间边界点,并利用小型CAD软件对工作空间进行了三维可视化描述,从而给出工作空间一种有效的计算方法.     

新型RR-RURU踝关节康复机器人机构的设计与分析

基于无耦合RR-RURU转动并联机构设计出一种新型踝关节康复机器人。利用螺旋理论对机构进行了运动输出特性分析和自由度计算;推导出机构动平台的姿态方程和角速度方程,讨论了机构满足运动学完全各向同性的结构条件;根据机构分支运动链的运动螺旋系的线性相关性,分析了机构的运动学奇异性并给出其奇异位形;研究了机构的工作空间,得到其可达工作空间的三维图形。绘制出新型踝关节康复机器人的CAD模型,利用临床医学步态分析数据（CGA）得到其输出角位移曲线,并对其动力学进行了虚拟样机仿真。研究结果为该新型踝关节康复机器人的样机试制提供了理论基础。     

3-PPR平面并联机构的工作空间分析

对3-PPR平面并联机构利用闭环矢量方法进行了位置正解和位置逆解的分析,建立了该机构的位置正、逆解方程,求出了简单位置正解和逆解的结果。采用MATLAB编程得出了该机构的工作空间,发现输入量的伸长范围和中间杆的伸长范围是影响工作空间形状和大小的主要因素。该研究为3-PPR平面并联机构的动力学研究、优化设计等进一步研究奠定了一定的理论基础。     

基于运动学正解的Delta机器人工作空间分析

基于并联机器人机构学理论,对Delta机器人机构进行位置分析,建立Delta机器人运动学逆解模型,并通过几何法求得Delta机器人运动学正解。在运动学正解的基础上,分析了Delta机器人的工作空间,并利用MATLAB的计算与绘图功能,画出Delta机器人的工作空间,为Delta机器人的应用提供了重要参考依据。     

一种四自由度并联机构运动学及传动性能分析

以2-RPU2-SPS并联机构为研究对象,首先借助螺旋理论对机构的自由度的数目和属性进行了分析,该机构可实现空间两转动和两平动运动(2R2T)。在此基础上对机构的位置正反解进行了研究,对于机构位置反解,给定机构独立运动参数可获得其显式表达;对于机构正解,可通过求解非线性方程组获得其数值解。另外,通过建立机构的雅克比矩阵,并利用机构支链输出传动效率指标对机构的运动学传动性能进行研究,为后续机构样机开发与实际应用奠定理论基础。     

2TPT-PTT并联机器人工作空间的研究

提出了一种新型的2TPT-PTT三自由度并联机器人。对机器人工作空间边界面进行了研究,仿真出其工作空间。研究结果表明:该机构工作空间大,且不存在空洞,为并联机器人的机构设计提供了一定的理论基础。