空间站转位机构末端效应器位姿设定试验方法研究

针对空间站转位机构末端效应器地面试验要求,提出采用并联机构实现执行器与适配器之间的六维空间位姿设定。首先,设计了6自由度并联机构,并对其机构构成和工作原理进行了阐述;其次对所设计并联机构的工作空间运动学及作动器与适配器的运动干涉特性进行了数学建模,最后,编制了基于柱坐标的机构工作空间搜索算法和基于空间几何的干涉检测算法,并运用MATLAB进行了仿真分析。仿真结果表明,所设计的并联机构其工作空间满足末端效应器位姿设定的范围要求,并联机构各分支作动器与末端效应器之间不会发生运动干涉,验证了该方法的有效性。     

机器视觉辅助的4-PPR并联机构工作空间分析

针对某大型激光点火装置光学元件的洁净精密装配特点,提出机器视觉辅助的全自动平面调整系统方案.利用机器视觉技术获取标定物和目标点之间的位姿关系,代入驱动器位移和动平台几何中心点的位姿方程,数学模型逆解,得出工作空间求解所需的4-PPR机构约束不等式组和任意空间点位姿方程组.最后在给定机构参数下通过一组实例,运用MatLab仿真分析动平台不同位姿的工作空间,并运用空间几何法进一步验证该技术的有效性.     

索杆混合驱动并联机构设计与工作空间分析

提出一种新型索杆混合驱动并联机构,在SolidWorks中构建整体装置模型。利用空间向量分析法推导了该机构的运动学逆解模型;分析了并联平台静止状态下受力平衡关系,建立静力学平衡方程,并在此基础上讨论了机构可控工作空间的求解方法;在给定机构运动副的约束条件下,对动平台姿态可控工作空间进行数值仿真,得到仿真图像。搭建索杆混合驱动并联机构试验平台,进行末端动平台位姿变换试验。试验结果与运动学模型和工作空间数值仿真图像对比,结果表明,动平台位姿与柔索长度的关系满足运动学反解模型,末端动平台姿态可实现工作空间仿真图像中最大姿态偏转角度。研究工作为后续机构的实际应用和性能优化奠定了一定的理论基础。     

基于正交设计的2UPS-RPU并联机构误差分析

运用空间矢量环微分法,建立了兼顾位置和姿态两类误差的位姿误差正解数学模型。此误差模型描述了机构末端位姿误差与各误差源之间的显式映射关系,可定量分析各误差源对机构输出误差的影响。分析了机构位姿参数、结构参数在一定范围内变化时的误差变化曲线,为机构结构参数和工作位姿参数范围的选取提供了理论依据。为分析2UPSRPU并联机构在整个工作空间内各误差源对位姿误差的影响,利用正交设计思想,只需较少的计算量,即可对该机构进行误差分析。基于正交设计思想,将4个位姿参数看成对位姿误差有影响的4个因素,依据位姿参数变化对位姿误差的影响合理划分各因素的水平,使排列的正交表为误差分析提供合理位姿。结合正交表,仿真了机构各末端输出误差对各个误差源的响应程度,从而揭示了影响机构误差的关键因素,可用于指导物理样机的制造与安装。     

空间弱撞击对接机构工作空间与精度分析

空间弱撞击对接机构(LIDS)的工作空间以及对接精度是对接机构对接能力和质量的保证。以空间弱撞击对接机构的工作空间及工作空间内的精度为研究对象,分析了影响LIDS工作空间的主要因素,如执行推杆长度的限制、转动副转角的限制及结构框的限制,并给出了约束条件。同时,推导了工作空间内精度分析模型。在此基础上,以LIDS的初步设计仿真模型为例,进行了仿真分析,得到了机构的工作空间边界曲线,并得出了工作空间内位姿精度偏差最大值及其所处位置,验证了模型满足设计要求。     

基于大型构件装配的六自由度并联机构设计技术研究

部分机械产品由多段大型构件组成,装配中一个移动构件相对于另一个固定构件具有空间六自由度。目前用于装配的调姿机构,通过调节关节改变工件的位置和姿态,关节空间与工件的位姿空间不一一对应,即各自由度调节具有耦合性,会严重影响装配效率。为此设计了一种基于气缸驱动的Stewart平台并联调姿机构,具有较好的柔性和自适应性,调节位姿时可直接作用于工件的位姿空间,提高工作效率。首先,建立并联机构模型,并对机构的运动学和静力学进行了分析;其次,采用Adams软件对模型进行了仿真分析,同时采用MATLAB软件对仿真结果进行对比验证;最后,依据边界条件和优化目标提出了一套优化设计流程,通过分析计算得到了相对较优的调姿平台模型参数。     

一种新型3-PRS并联机构的位姿误差分析

针对一种新型3-PRS并联机构的3个基座位置可调、工作空间可变的特点,分析该机构的末端位姿误差,提出了采用几何解析法求该机构的运动学正解,进而推导出动平台末端位姿误差的分析方法,并运用软件仿真3个基座在不同位置时的动平台末端位置和方向。结果表明,3个基座在取不同参数时,末端的位姿误差有明显变化。此研究对该新型3-PRS并联机构的误差补偿提供了有益指导。     

狭窄空间内微小摄像头位姿调整并联机构的研究

提出了一种新型的并联机构———三自由度 3 CSR并联机构 ,建立了其模型 ,讨论了运动学位姿正反解的求解方法和摄像头的运动空间 ,制作了用形状记忆合金弹簧驱动的并联机构样机 ,实验证明这种并联机构能在狭窄空间内灵活地调整摄像头的位姿     

6-PSS并联式空间对接调姿机构的研制

面向空间对接的需求,成功研制了一种6-PSS并联式调姿机构样机。针对该机构的结构特点,建立了三维模型;经运动学分析得到电机控制脉冲变量,并利用虚拟样机技术和物理样机实验进行了运动仿真;最后提出了工作展望。结果表明,调姿机构的位置输出能正确跟踪期望的轨迹,验证了结构设计的合理性和控制的有效性。     

基于边界搜索法的4UPS-UPU并联机构工作空间分析

设计了一种4UPS-UPU并联机构,通过矢量代数法求解该并联机构运动学逆解,给出关节变量与末端位姿间的映射关系.采用边界搜索法分析并联机构定姿态时的工作空间,获得工作空间的三维图形,计算工作空间大小.研究该并联机构的支链长度、动静平台半径和运动副转角等结构参数和运动参数对其工作空间大小的影响,为机构的参数优化及轨迹规划提供理论依据.     

法兰自动对接空间位姿综合误差建模技术研究

以某火箭发动机尾喷口与燃烧室法兰端口自动对接为例,设计TTTRRR六自由度对接机构,结合海克斯康Leicaprobe自动激光跟踪仪获取位姿信息,并求解位姿调整参量。分析六自由度对接机构的X/Y/Z三个平动导轨,A/B/C三个转动轴的制造误差、安装误差、运动误差等共计42项误差,并分别对每个运动单元进行误差运动学分析,通过齐次坐标变换技术对尾喷口法兰位姿建立空间位姿实际与理想空间位姿变换模型,推导空间位姿综合误差模型及尾喷口位姿误差,并通过算例仿真验证方法。     

基于条件数的3-RRS并联机器人运动性能优化

分析了3-RRS并联机器人的位姿运动特点,提出了采用层次迭代搜索策略来计算机构全域条件数的方法,避免了复杂工作空间体积的积分过程,容易获得工作空间的边界曲面,节省了计算成本,这种方法也适用于其他类型并联机构工作空间的相关计算。在充分考虑机构的约束情况下,以全域条件数和工作行程为目标,采用遗传算法对机构参数进行了优化。     

大型光学望远镜副镜位姿精调机构的优化设计

分析了大型光学望远镜副镜位姿精调机构的性能要求,提出了基于Gough-Stewart并联机构的副镜位姿精调机构的2个设计准则：运动精度准则和刚度准则。选取Gough-Stewart并联机构的2个角度尺寸参数和3个无量纲化的线性尺寸参数作为设计变量,并给出设计变量定义域的划定依据;提出与设计准则相对应的2个全条件性指标：运动传递精度指标和刚度指标,对全条件性指标中的可达工作空间做了适合位姿精调需求的改进,按照统一目标法乘除法构造统一目标函数,建立有约束单目标优化问题数学模型。以改进的遗传算法编写程序,计算得到机构参数的Pareto最优解,为位姿精调机构的进一步设计提供了参考。     

射电望远镜天线副反射面并联调整机构设计

紧密结合上海天文台65m射电望远镜副反射面位姿调整任务要求,提出采用并联式Stewart平台作为副反射面调整机构,基于天线主面和副面全位姿工作状态下各杆受力最优,并兼顾工作空间及避免杆件间干涉等因素,开展副面调整机构构型综合设计,获得了满足预期性能要求的机构构型参数,并求解出该构型下机构的工作空间,验证了构型参数综合设计方法的有效性。面向实际任务进行机构设计,研究内容对并联机构真正应用于工程实践具有重要的指导意义。     

全域恒平衡并联机构构型设计与平衡特性分析

提出一类全域恒平衡并联机构构型,该机构由内外双层并联机构组成,其中内层平衡机构具有雅可比矩阵恒定的特性,在工作空间任意位姿下无须实时控制输入力的大小和方向即可提供恒定的平衡力。利用虚设机构法和影响系数法建立这类机构的动力学模型,以3-PUU/3-PRRR机构为例,分析验证了3-PRRR平衡机构相比与配重法所具有的优势。3-PUU/3-PRRR并联机构能够在整个工作空间,即全域内的任意位姿下实现恒定的平衡特性,论证了提出的这类全域恒平衡并联机构具有优良的平衡特性。     

6-PTRT并联机构位置模型工作空间的解析描述及几何求解

并联机构的位姿工作空间很难用数学表达式予以解析描述,因此其求解通常采用数值方法。文章在定义并联机构模型工作空间概念的基础上,以正骨并联机器人为研究对象,推导了其位置模型工作空间的数学解析表达式。在此基础上用几何建模的方法求解了其动平台转角为零时机构的位置模型工作空间。并联机构工作空间的数学解析描述是建立工作空间指标与机构参数间解析关系的基础,对并联机构参数的解析优化具有一定意义。     

6自由度绳牵引并联机构的运动学分析

在分析总结前人研究成果的基础上,提出了一种由7根绳牵引的结构紧凑的6自由度并联机构首先对机构构型进行了描述;接着建立了机构静力学模型,总结了前人关于绳牵引并联机构的可控工作空间、具有拉力条件的工作空间和具有刚度条件的工作空间分析方法;并针对提出的6自由度绳牵引并联机构,采用Monte-Carlo技术在Matlab环境下编程进行仿真,验证所采用的工作空间分析方法的可行性.仿真结果表明机构平动可控工作空间大而转动工作空间小;在主位姿附近机构的刚度性能好;但许可的绳拉力范围小;工作空间的边界问题仍待解决.后续工作还将进行机构的运动学综合.该构型的6自由度绳牵引并联机构在超大工作空间的机器人领域有潜在的应用前景.     

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。     

3-PRP平面并联机构运动学分析

介绍了一种具有两平动和一转动的平面三自由度并联机构。首先,对该并联机构进行位姿分析,并且建立位姿正解和逆解方程,求解出其位姿正、逆解;其次,利用MATLAB软件编程对一组实验数据进行计算,求出位姿正解和逆解的结果进一步验证方程的正确性;最后,根据位姿正解和逆解方程分别求解出机构输入和输出的速度和加速度。研究结果表明3-PRP机构结构简单,易于控制和驱动,是对3-RRR类平面并联机构的重要补充与深化。为该机构的工作空间、轨迹规划、优化设计等性能的研究提供了理论基础。     

一种风洞试验位姿调节机构设计及工作空间分析

风洞试验是飞行器研制的重要环节,飞行器位姿调节机构更是试验必不可少的部分。提出一种能实现多航向角耦合输出的调节机构。首先对该机构的实现原理进行了介绍,并进行了运动学方程推导;结合Matlab并设定飞行器在两种运动情况下,求解驱动位移、速度输入情况,同时计算出飞行器空间运动轨迹;在此基础上,设定驱动位移极值,采用边界映射的方法,对机构的工作空间进行分析。结果表明,该机构在设定的两组极值范围内具由较大工作空间,可完成飞行器大范围航向角的调节;作为风洞试验调节机构具有一定应用前景。