绳牵引并联机构的自由度和奇异性

绳牵引并联机构是将若干驱动器的运动和力以绳为介质，转换成末端执行器的运动和力的封闭机械装置。可控性是绳牵引并联机构的主要问题，在其基础上，通过建立机构的静力学平衡方程，将末端执行器的自由度定义为结构矩阵的所有列矢量正张成的空间的维数；同时给出并证明末端执行器自由度的类型；说明绳牵引并联机构的奇异类型仅有过运动性的奇异，证明了纯平动机构不存在奇异位姿；最后，根据无奇异机构的设计原理，列举了无奇异性的3个1R2T机构、2个2R3T机构和1个3R3T机构。     

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.     

欠约束绳牵引并联机构刚度性能分析与优化设计

为了提高欠约束绳牵引并联机构的刚度性能,研究了一种以刚度为基础的优化方法。首先,通过静力学方程对机构进行受力分析,通过引入线矢量和微分变换公式推导出机构的静态刚度模型;其次,定义两个设计变量,以机构的工作空间、刚度的全域均值、刚度的全域波动性为优化目标,研究其变化规律;最后,使用理想点法对多个目标进行优化并对目标函数进行归一化处理,得到了最优的结构参数。     

6自由度绳牵引并联机构的运动轨迹规划

首先,基于6自由度绳牵引并联机构的运动学逆解模型,给出了可用于运动轨迹规划的绳的速度和加速度 的一般结论:绳的速度值始终不大于动平台上相应铰链点的速度值;而正的绳加速度值始终不大于动平台上相应 铰链点沿绳拉力方向的加速度值。接着,提出一种适用于大部分工作空间的绳拉力的计算算法。然后,选择一个 结构紧凑的6自由度完全约束定位机构,以末端执行器能实现空间螺旋∞型的轨迹为目标,进行运动规划,研究 绳的运动特性。仿真结果验证了以上所得到的一般性结论。同时表明,一些绳的拉力的变化不大;而另外一些绳 的拉力的变化很大。这些运动轨迹规划的仿真结果,能为以后该机构的运动控制方案的研究提供依据。提出的运 动轨迹规划方法对一般的6自由度绳牵引并联机构都适用。     

6自由度绳牵引并联机构的PD反馈控制方案设计

本文对六自由度绳牵引并联机构的控制方案进行研究,建立了其PD反馈控制规律;并对绳内力进行了线性化和解耦处理.文中综合非线性系统线性化理论以及绳牵引并联机构的线性化研究知识,应用实时测量的绳长和终端位置参数将内力矩阵化成一个线性回归矩阵和一个带有绳子和驱动器连接点参数的参数矩阵的乘积;并利用Lyapunov原理进行了闭环系统稳定性分析,实现了一类6自由度绳牵引并联机构的闭环反馈控制.     

立面1R2T三自由度绳牵引并联机构的系统仿真

给出所设计的立面一个转动两个平动(1R2T)三自由度绳牵引并联机构的模型.针对此机构模型,建立了运动学逆解模型;接着提出两种计算绳拉力的算法,并具体分析了其中一种算法.以末端执行器实现椭圆型的运动轨迹为目标,进行轨迹规划,研究绳的运动特性.采用Simlink仿真软件对该系统进行了一系列的仿真,包括:绳长变化、绳的速度、加速度变化以及绳的拉力变化.仿真结果表明:在所规划椭圆轨迹下,所有绳速度、加速度的变化是连续的;一些绳拉力的变化比较大,另一些绳拉力的变化比较小.提出的运动轨迹规划方法,具有通用性.     

绳牵引并联机构的工作空间优化

采用一种简单的绳拉力计算算法,提出比例系数、质量系数和全局质量系数来衡量工作空间的大小和形状。并针对1个CRPM和1个RRPM的3R3T绳牵引并联机构,比较其动平台处于同一主位姿时工作空间的大小和形状。结果表明:CRPM的平动工作空间比RRPM的大,而转动工作空间比RRPM的小;CRPM的转动工作空间的全局质量比RRPM的大,而平动工作空间的全局质量比RRPM的小。可见,可根据预定的工作空间的大小和形状,通过改变构型配置和机构尺寸来获得优化的构型。     

一种绳牵引并联机构的拉力分布方法

指出了绳牵引并联机构的拉力应满足的一些条件,提出了一种新的拉力分布方法。该方法把绳的拉力分为有效部分和无效部分,使有效部分非负和让无效部分取较小的正值,可确保满足绳拉力大于零的条件,且拉力的分布更加合理,并且两自由度并联机构加以说明,最后用仿真实例加以证实。     

4个1R2T绳牵引并联机构的工作空间质量之比较

引入比例系数、质量系数和全局质量系数来衡量工作空间的大小和形状，针对4个1R2T机构，比较了动平台处于相同2个姿态时工作空间的大小和形状。结果表明：绳与滑轮(或动平台)的连接点重合时，通常会增大转动工作空间；以转动工作空间的大小为准．发现了1R2T的完全约束定位机构中最好的构型；m=2n的冗余约束定位机构对大的转角提供一个大的平动工作空间。     

绳牵引并联机器人工作空间的判定条件与解析表达

研究6自由度完全和冗余约束绳牵引并联机器人力旋量封闭工作空间的性质,给出并证明在不同牵引绳根数下末端执行器位姿属于力旋量封闭工作空间的充要条件,分析满足矢量封闭原理的结构矩阵对应的几何特征。总结6自由度完全和冗余约束绳牵引并联机器人力旋量封闭工作空间的判定定理,即结构矩阵满秩,在结构矩阵中存在列矢量位于6个线性独立列矢量反方向张成的六维凸锥内,且满足相关系数之和大于0。基于以上定理和性质,推导6自由度完全和冗余约束绳牵引并联机器人力旋量封闭工作空间边界的解析表达式,提出力旋量封闭工作空间解析求解方法。数值算例验证了方法有效可行。     

冗余并联柔索机器人变刚度控制的研究

在冗余并联柔索机器人的刚度研究中,大多忽略柔索的内张力,而实际上柔索内张力对系统刚度影响较大,尤其是并联柔索驱动机构。因此运用微分变换原理得到了冗余并联柔索机器人刚度矩阵的完整解析表达式,验证了冗余并联柔索机器人的刚度不仅与柔索刚度有关,还与柔索内张力有关。利用该刚度矩阵对冗余并联柔索机器人进行刚度规划,得到独立可控的柔索内张力期望值,并通过内张力控制实现冗余并联柔索机器人的变刚度控制,进行了仿真分析,验证了理论分析的结论。     

基于内张力补偿的并联柔索机构控制系统的研究

在并联柔索机器人的控制方法的研究中,大多忽略柔索的弹性,而实际上柔索弹性对控制系统性能影响较大,尤其是并联柔索驱动机构。因此建立了应用于风洞试验的并联柔索机构的动力学模型,进行了控制系统分析与设计。提出了采用常值重力及内张力补偿设计冗余并联柔索机构控制系统调节器的算法,实现了动平台点到点的位置控制,基于电机转角位置反馈分析了该控制系统PD调节器的误差,验证了该控制系统的稳定性,为冗余并联柔索机构控制系统的分析与设计提供了理论依据。     

移动操作臂研究现状和发展方向

阐述了移动操作臂的研究现状和关键技术。移动操作臂在传统轻量高自由度机械臂的基础上结合自主移动平台,极大地扩展了灵活工作空间,提高了工作柔性,更适应复杂的工作环境和工作要求。通过分析几种典型移动操作臂的结构设计和功能指标,探讨了移动操作臂的本体结构设计、运动过程控制、路径规划、移动定位导航以及多移动操作臂协作等关键技术,展望了移动操作臂的发展趋势和应用前景。     

并联机器人机构运动与动力分析研究现状及展望

对并联机器人机构运动、动力分析理论的国内外研究现状进行了综述，对现代数学在并联机器人机构理论研究中的应用这一发展新趋势予以展望，指出了并联机器人机构运动、动力分析研究领域有待深入开展的研究方向。     

精度理论若干问题研究进展与未来

概括分析现代精度理论中的精度评定、误差分离与修正技术,全面误差源分析理论与建模、全系统动态精度理论等问题,并批出它们的发展趋势。     

轴流风机研究现状及发展趋势

阐述了轴流风机发展历程和研究现状,探索了国内外轴流风机发展的趋势,介绍了各研究机构设计开发的轴流风机,分析了各种研究方法的优点和不足,进一步提出了基于CFD及虚拟制造技术的风机设计技术。     

旋流泵的研究现状及发展趋势

旋流泵的无堵塞特性使得其在化工、制药、造纸以及污水处理等行业中得到了广泛的应用。本文对旋流泵的基本工作原理和内部流动特性进行了分析,总结了国内外旋流泵的研究历史及目前研究现状,结合各国学者提出的几种经典的流动模型,由此给出分析旋流泵设计中存在的问题,为今后一个阶段内旋流泵的研究热点和发展方向提供参考。     

仿生机器鱼研究进展及发展趋势

随着海洋资源开发和利用的深入,仿生机器鱼已成为水下机器人研究的热点问题。文中介绍了仿生机器鱼的分类,分析了各类型的游动特点。对鱼类游动机理和仿生机器鱼的研究现状进行了综述,总结了仿生机器鱼研究的关键技术和未来发展趋势。