2-DOF冗余平面并联机构的奇异位形与冗余性研究

首先介绍一种 2 DOF冗余平面并联机构的奇异位形 ,然后分析了奇异位形对机构精度、刚度的影响 ,定义了一种机构性能的度量指标 ,最后阐述了采用驱动冗余减小和消除奇异位形影响方法及效果     

基于非瞬时支链位形设计的并联机构内部奇异消除方法

引入新支链的冗余驱动方法是目前减少或消除并联机构奇异的有效方法,如何确定所引入支链的结构形式、布置方式和最少支链个数是该冗余驱动方法的核心问题,然而关于这些问题至今尚没有系统的理论和方法。依据螺旋理论系统分析并联机构的约束奇异、驱动奇异和支链奇异三种奇异位形,强调位于工作空间内部的约束奇异和驱动奇异位形是对机构性能影响最为严重的位形,提出一种基于非瞬时支链位形设计的并联机构内部奇异消除方法,以3-RPR型、3-RRR型、4-RPTR型、3-RRRT型和3-RPS型等五种典型的并联机构为例,系统阐述该方法的设计过程。结果表明除了动平台和基平面重合的位形以外,该方法能够消除并联机构的其所有内部奇异位形。该成果为解决冗余驱动方法的关键理论问题提供了参考。     

平面三自由度冗余并联机构的驱动奇异性分析

分析了PRPR-2PRR、PRR-2PRR和4-PRR等三种平面冗余并联机构的驱动奇异位形，通过与平面3-PRR非冗余并联机构的比较，研究了采用不同机构冗余类型消除并联机构奇异位形的方法及其特点，为冗余并联机构的尺度综合、路径规划和控制提供了依据。     

一种冗余驱动并联机构的设计与奇异性分析

在Delta机构的基础上提出一种含冗余驱动的三平移并联机构。基于螺旋理论计算了该并联机构的自由度,分析了位置反解,推导出雅可比矩阵,结合Gosselin奇异分析法,对Delta机构的奇异位形进行分析并找出两种新的奇异位形。将Delta机构和冗余驱动并联机构的奇异性进行比较,为了验证理论分析结果,引入可操作度这一运动性能指标,基于数值法对两种机构的奇异性进行比较。理论分析结果表明冗余驱动并联机构可以实现和Delta机构相同的功能,但其第二类奇异位形明显比Delta机构少;数值分析结果表明选取合适的工作空间和机构参数可减少并联机构的奇异位形,同时也验证了理论分析结果的正确性。     

含冗余驱动的3-(2SPS)并联机构的轨迹规划与仿真

针对在三平动3-(2SPS)并联机构一条支链上附加冗余滑动,产生运动学反解多解性的问题,开展运动分析,研究运动控制的轨迹规划准则。以避开奇异位形为准则,实施轨迹规划并进行仿真。结果表明,附加冗余驱动可使机构工作空间成倍放大,且动平台能成功避开奇异位形。     

并联机构工作空间与奇异位形综合研究

用矢量分析和几何分析的方法建立了平面3自由度并联机构工作空间的几何形状与结构参数的解析关系。将并联机构的奇异位形分为关节空间奇异和操作空间奇异,根据机构速度关系矩阵的特征,找出了机构全部的奇异位形,给出各种奇异位形的几何意义,得到极其简明的奇异位形的解析条件。采用MATLAB实例仿真,得到各类奇异位形在工作空间的轨迹和分布特征,提出确定机构无奇异位形最大工作空间的方法。     

基于非瞬时支链位形设计的并联机构内部奇异消除方法研究

依据螺旋理论系统分析了并联机构的约束奇异、驱动奇异和支链奇异,位于工作空间内部的约束奇异和驱动奇异的位形是对机构性能影响最为严重的位形。提出了一种基于非瞬时支链位形设计的并联机构内部奇异消除方法,以3-RRR型、4-RPTR型和3-RRRT型并联机构为例,系统阐述了该方法的设计过程。结果表明,除动平台和基平面重合的位形以外,该方法能够消除其他所有内部奇异位形。       

基于变分原理的闭环机构奇异位形分类与判定

提出利用变分的方法对闭环机构的奇异位形进行分类与判定,并揭示相应奇异位形的不同物理意义。变分方法适用于一般闭环机构的奇异位形分析。     

并联机构中奇异位形的分类与判定

基于拓扑学和微分几何等数学工具研究并联机构位形空间的拓扑几何性质,并据此对并联机构中存在的奇异位形进行分类,揭示了各种奇异位形的不同物理意义,同时给出了不同奇异位形的计算方法。该方法适用于一般并联机构的奇异位形计算。最后对几种典型并联机构的奇异性进行了分析。     

Tricept并联机构奇异位形分布的可视化研究

奇异位形是并联机构的固有性质,机器人应该避免在奇异位形附近区域工作。提出一种Tri-cept机器人奇异位形分布的可视化方法。该方法首先分析Tricept机器人雅可比矩阵的构成,结果表明,解析雅可比矩阵行列式为零时,机构处于奇异位形,然后根据可视化途径将Tricept奇异位形的空间分布情况绘制出来。     

Synthesis of branched chains with actuation redundancy for eliminating interior singularities of 3T1R parallel mechanisms

Although it is common to eliminate the singularity of parallel mechanism by adding the branched chain with actuation redundancy, there is no theory and method for the configuration synthesis of the branched chain with actuation redundancy in parallel mechanism. Branched chains with actuation redundancy are synthesized for eliminating interior singularity of 3-translational and 1- rotational(3T1R) parallel mechanisms. Guided by the discriminance method of hybrid screw group according to Grassmann line geometry, all the possibilities are listed for the occurrence of interior singularities in 3T1R parallel mechanism. Based on the linear relevance of screw system and the principles of eliminating parallel mechanism singularity with actuation redundancy, different types of branched chains with actuation redundancy are synthesized systematically to indicate the layout and the number of the branched chainsinterior with actuation redundancy. A general method is proposed for the configuration synthesis of the branched chains with actuation redundancy of the redundant parallel mechanism, and it builds a solid foundation for the subsequent performance optimization of the redundant actuation parallel mechanism.     

Development of an automatic subsea blowout preventer stack control system using PLC based SCADA

An extremely reliable remote control system for subsea blowout preventer stack is developed based on the off-the-shelf triple modular redundancy system. To meet a high reliability requirement, various redundancy techniques such as controller redundancy, bus redundancy and network redundancy are used to design the system hardware architecture. The control logic, human-machine interface graphical design and redundant databases are developed by using the off-the-shelf software. A series of experiments were performed in laboratory to test the subsea blowout preventer stack control system. The results showed that the tested subsea blowout preventer functions could be executed successfully. For the faults of programmable logic controllers, discrete input groups and analog input groups, the control system could give correct alarms in the human-machine interface.     

“被动冗余度”空间机器人运动学特性分析

分析了“被动冗余度”空间机器人主、被动关节之间的运动学耦合,得到了可用于运动学规划的耦合指标;分析了“被动冗余度”空间机器人的运动学奇异的问题,以及与对应全主动关节冗余度空间机器人的运动学奇异的区别,得到的新的可操作性指标同样可用于机器人的运动规划;推导出了“被动冗余度”空间机器人的最佳最小二乘运动学优化方程,通过“准自运动”实现被动冗余度空间机器人优化控制;通过对平面3自由度空间站机器人的仿真,证实了分析得到的结论。     

Implementation cost/ benefits for fault tolerant systems

Although most control project specifications for modern digital systems include references to redundancy and fault tolerance, little effort usually is expended to analyze the cost additions to the project. Risk assessment applied to a control system most often maximizes reliability without regard to cost, though the additional expense may have no significant justification. On some projects, redundancy is carried to extremes, while other times partial redundancy is added with minimal gain in overall system reliability.

This paper will assist the project engineer in properly analyzing the benefits of redundancy versus the true cost of this capability and the effect this will have on a project. The methodology described attempts to achieve the system's objectives and quantity the requirements that will be placed on system reliability. The emphasis is not on the cost or safety benefits to the process but on the relative cost/benefits associated with different offerings that implement fault tolerant or redundant functions.     

Influence of kinematic redundancy on the singularity-free workspace of parallel kinematic machines

In this paper the effect of kinematic redundancy in order to reduce the singularity loci of the direct kinematics and to increase the operational, i.e., singularity-free, workspace is demonstrated. The proposed approach consists of additional prismatic actuators allowing one or more base joints to move linearly. As a result, a selective reconfiguration can be performed in order to avoid singular configurations. Exemplarily, kinematically redundant schemes of four structures, the 3RRR, the 3RPR, the 6UPS, and the 6RUS, are considered. The relationship between the redundancy and the operational workspace is studied and several analysis examples demonstrate the effectiveness of the proposed concept. Furthermore, the additional benefit of an increasing number of redundant actuators is discussed.     

故障诊断中多传感器信息冗余性的研究

从信息论的观点出发,导出了传感器信息融合中的宙余性和互补性的定量描述,分析了传感器冗余性和互补性的特点,并从实际应用出发提出了信息冗余性的质量指标－－相关熵的概念,用它来间接评价传感器信息间的冗余性取得了较好的效果。这为设备运行故障诊断技术的深入研究打下了基础,具有工程应用价值。     

消除内部奇异的三平移并联机构冗余驱动支链的综合

对三平移并联机构(3T并联机构),提出一种冗余驱动支链的综合方法。采用螺旋理论,分析出3T并联机构发生内部奇异的所有可能情况;根据螺旋系线性相关性和并联机构不发生奇异的条件,系统综合出能消除3T并联机构内部奇异的冗余驱动支链类型,并针对不同的支链约束螺旋系和自由度,分别给出相应的冗余驱动支链位置和条数;利用该方法对消除3-RRUR内部奇异的冗余支链进行综合。研究结果表明,该方法简单、有效并可消除3T并联机构内部奇异。     

冗余设计技术与可靠性关系研究

冗余设计技术是提高产品可靠性水平的有效设计技术之一。但是在什么情况下采用冗余设计,在哪个设计层面采用冗余设计,从目前的所有资料中,未见有明确地分析与探讨。本文做出了冗余设计应从最基层单元做起的论断,并给出了详细的数学证明。     

控制系统的冗余策略和实现准则

结合过程控制系统特点和冗余要求 ,分析了冗余控制系统中典型部件基于对象的故障模型 ,按冗余部件之间的故障关联度进行了故障分类 ,推导了实际冗余部件的失效率计算方法 ,并在此基础上提出了基于对象故障模型的冗余策略和冗余实现准则     

交流伺服系统的冗余控制研究

由于火炮控制系统中对交流伺服系统的高可靠性要求,提出了双CPU的冗余控制方案。基于TI公司的一款浮点型DSP,采用两片TMS320F28335为主芯片的硬件冗余方案,运用解析冗余的双CPU故障检测法判别故障并进行故障定位,实现冗余热切换,从而保证了系统工作的连续性。