弹药装填机器人运动性能分析

针对弹药装填机器人在工作空间中存在奇异位形与速度失控问题,建立了弹药装填机器人的机构模型与旋量参数,求解了弹药装填机器人的雅可比矩阵,通过分析雅可比矩阵的秩,得到了机构的奇异位形,通过分析弹药装填机器人奇异位形区域的雅可比条件数,得到了弹药装填机器人速度失控位形区域,基于末端执行器速度椭球分析了弹药装填机器人的可操作度,雅可比条件数和可操作度两种指标从不同角度反映了弹药装填机器人的灵巧性。提出的弹药装填机器人奇异性与灵巧性分析方法有效提高了弹药装填机器人的运动精度和速度稳定性。     

三自由度砂带磨床的运动学及其灵巧度分析

介绍了用于机器人磨削系统的三自由度砂带磨床,给出了其机构的运动学方程和雅克比矩阵.通过雅可比矩阵的条件数指标分析了机构的奇异性和灵巧性.由仿真结果可知,三自由度砂带磨床的关节1和关节2的角位移对雅可比矩阵的条件数指标影响很小;当关节3的旋转臂与关节2的旋转臂共线时,为机构的奇异位形,在奇异位形附近的雅可比矩阵的条件数指标非常大.通过分析可知,在机构的奇异位形附近,三自由度砂带磨床的刚度很大并可实现磨床磨具的微量进给,可完成机器人磨削系统的高精度磨削.     

基于反螺旋理论的3-RSR并联机器人雅可比矩阵研究

运用反螺旋理论对3-RSR三自由度并联机器人的雅可比矩阵进行了研究。采用简单的方法,找到支链关节螺旋的反螺旋,从而得到了约束雅可比矩阵、驱动雅可比矩阵和完全雅可比矩阵,不但导出动平台的运动速度到驱动关节速度之间的映射,而且易于进行全面的奇异位形分析;3-RSR并联机器人无约束奇异,当支链的驱动旋转副轴线、被动旋转副轴线和球铰共面时,产生结构奇异。该文方法亦可用于其他三自由度并联机器人的雅可比矩阵研究。     

新型并联机器人的奇异位形分析

奇异是并联机器人的固有性质,对机器人的工作性能有着种种影响,因此对于确定的机构,找出它的所有奇异位形具有重要的意义.从运动学角度分析,奇异位形有三类形式,每种形式都具有不同的物理意义.基于以上原因,研究一种新型6自由度3支链并联机器人3-UrPS的奇异位形,其中Ur为复合胡克铰,即2自由度球面并联机构,P为移动副,S为球副.根据机构自身的几何特点,非常方便地得出反解的唯一解析形式.对机构的反解方程进行求导,得出有规律的速度雅可比矩阵,然后通过求解雅可比矩阵的行列式,使奇异位形的解析形式很容易得出.讨论该并联机器人的第1类和第2类奇异位形,并得出3种特殊位置的奇异位形.奇异位形的分析对该并联机器人的轨迹规划和控制具有重要的意义.     

油罐清洗机器人雅可比矩阵求解及奇异位形分析

油罐清洗机器人作为一种复杂的串联机器人,其轮式移动机构和水射流机械臂装置形成移动机械手,具有多个运动副,是机器人运动分析和控制的基础。旋量理论能大大简化机构运动的计算模型,并具有明确的几何意义。根据机器人的结构特点,建立简化的移动机械手模型和旋量位形,应用旋量理论和指数积公式建立其速度雅可比矩阵,得到关节速度和末端工具速度的映射关系。根据雅可比矩阵是否满秩判断机器人的奇异位形,给出了机器人边界奇异和内部奇异的判定条件,分析了奇异位形下机器人的运动性质,为机器人进一步设计和控制提供了理论依据。     

双SCARA机器人运动学及奇异性分析

提出了一种可用于微小零部件装配作业的新的双SCARA并联机器人,该机器人有三个自由度:两个平动和一个转动。建立了双SCARA并联机器人的运动学正解模型,推导出了可用于奇异位形判别的机构雅可比矩阵。在给定几何参数的前提下,根据机器人雅可比矩阵的行列式数值是否为零对该平面并联机器人进行了奇异性分析,在Mathematica9.0中编制了奇异性分析程序,利用关节变量得到了反映机器人奇异位形的奇异性曲面。研究为该并联机器人的轨迹规划,机构优化以及工作空间优化提供了技术基础。     

新型6自由度3-U~r RS并联机器人的奇异位形分析

研究了一种新型6自由度3支链并联机器人的奇异位形,利用机构的运动学反解方程和雅可比矩阵得出了精确的奇异位形的解析形式。从运动学角度分析,奇异位形有3类形式,每种形式都具有不同的物理意义。研究了该并联机器人的第一类和第二类奇异位形,并画出了4种特殊位置的奇异位形。奇异位形的分析对该并联机器人的轨迹规划和控制具有重要的意义。     

一种新型2R完全解耦并联机构的运动学和奇异性分析

提出了一种完全解耦的二维转动并联机构。基于自由度特征矩阵分析了机构运动类型,运用单开链法确定了机构的自由度和主动副,同时求解了机构的位置和速度,并根据正逆雅可比矩阵系统分析了机构的奇异位形。由于该机构的全局雅可比矩阵为三角阵,该机构的运动完全解耦,因此可以简化机器人轨迹规划和控制。     

非对称球面五杆机构的奇异轨迹与灵巧度分析

针对非对称球面五杆机构,研究了机构的奇异轨迹曲线和灵巧度.首先建立了球面五杆机构的运动学正、反解模型,并导出了机构的速度方程和雅可比矩阵.基于机构的雅可比矩阵,对机构的奇异位形和灵活度进行了计算分析,绘制了机构的奇异轨迹和灵巧度分布曲线,并讨论了球面五杆机构的结构参数对机构全条件指标的影响.     

基于雅克比矩阵条件数的Delta并联机构参数优化研究

通过建立Delta机构的空间模型,将机构尺寸抽象化处理,用向量法和导数法求取Delta机构的雅可比矩阵表达式,并以机构条件数分布及奇异形位分析来进行参数优化研究。     

位姿变化对6-SPS并联机器人精度的影响

通过对6-SPS型并联机器人位置输入输出方程微分，获得机器人逆雅可比矩阵。研究机器人处于非奇异位姿即逆雅可比矩阵行列式不接近零时，位姿变化对机器人精度的影响。     

结构尺寸变化对6-SPS并联机器人精度的影响

通过对6-SPS型并联机器人位置输入输出方程微分，获得机器人逆雅可比矩阵。研究机器人处于非奇异位姿即逆雅可比矩阵行列式不接近零时，结构尺寸变化对机器人精度的影响。     

Gough-Stewart并联机构无奇异位置空间分析

奇异位形严重影响Gough-Stewart并联机构的性能,有必要得到机构无奇异工作空间的分布,使机构在工作过程中避免出现奇异位形。基于机构的雅可比矩阵,得到机构位于给定姿态时的位置奇异轨迹表达式。利用机构位置反解建立机构的约束位置空间求解方法。综合考虑机构奇异位形影响,进一步得到机构无奇异位置空间。上述位置空间的求解方法可普遍应用于任意复杂形状的并联机构工作空间求解。研究进一步丰富了并联机构工作空间求解理论,并对机构奇异规避等问题的研究具有重要的参考价值。     

球面五杆机构的运动学与性能分析

基于球坐标对机构进行描述,将球面五杆机构的运动描述在由2转动自由度构成的二维平面上,导出具有2自由度特征的球面五杆机构的速度方程和雅可比矩阵的解析表达。以此为基础,研究球面五杆机构的奇异位形和灵活度,绘制机构的奇异轨迹曲线和灵活度分布曲线,并对球面五杆机构的结构参数对全条件指标的影响进行分析。研究表明,基于球坐标对机构进行描述,便于建立球面五杆机构的速度方程和雅可比矩阵,能够直观描述机构的奇异轨迹曲线和灵活度分布曲线。     

6-RSS型并联机构奇异性分析

针对无法获得精确奇异位形空间分布的6-RSS型并联机构,寻找到一种间接表征奇异位形空间分布的方法.定义一个具有物理意义的能表征非奇异位形与奇异位形之间在静力学特性上接近程度的接近度函数,利用接近度阈值定义这种在静力学特性上接近奇异的位形为"拟奇异位形",定义所有拟奇异位形构成的空间实体集合为"拟奇异空间".从奇异位形与拟奇异位形定义出发,论证出机构所有奇异位形必包含在拟奇异空间中,从而在无法获得精确奇异位形时利用拟奇异空间可间接地预知机构的奇异位形空间分布,避免机构进入拟奇异空间,达到避免机构处于奇异位形的目的.针对6-RSS型并联机构,利用简化后的接近度函数,获得该机构在定姿态下的拟奇异空间的多个截面图和三维实体图,为该机构在实际应用中避免奇异位形提供直观的参考依据.利用6-RSS机构的实例数据指出雅可比矩阵行列式值不能表征奇异接近程度,推证出与本文方法类似的Voglewede约束最优方程法的不足并加以修正.     

对称五自由度3R2T并联机构的雅可比分析

针对对称五自由度3R2T并联机构提出一种雅可比分析方法。首先简单回顾3R2T并联机构的自由度特性,然后运用螺旋理论建立单个分支运动链的雅可比矩阵,该矩阵为6×5阶长方阵;再利用该类并联机构的自由度特性,说明6×5阶分支雅可比矩阵的第6行是冗余信息,可将其删除,从而把分支雅可比矩阵简化为5×5阶方阵,可以证明该方阵在机构非奇异位形下满秩;在选定并联机构的驱动副后,通过对新的5×5阶分支雅可比方阵进行一系列矩阵运算,可以建立整个五自由度3R2T并联机构的5×5阶雅可比矩阵。     

混联机床2自由度并联机构的设计分析

研究了一种平面2自由度并联机构,给出了该机构的运动学正逆解、速度雅可比矩阵、机构的奇异形位并对其工作空间关键点的灵巧性进行了计算分析。据此设计出了4自由度混联运动机床。该并联机构在农业机械、坐标测量和工业机器人等领域也有广阔的应用前途。     

基于可变加权矩阵的机器人雅可比矩阵规范化

末端同时具有平移和转动自由度的机器人雅可比矩阵量纲不统一,导致灵活性指标计算困难,针对此问题提出一种简洁有效的基于可变加权矩阵的雅可比矩阵规范化方法。分析现有规范化方法的原理和不足,根据机器人灵活性的本质意义,提出使对应末端两类速度的雅可比矩阵行矢量有效相对化是雅可比矩阵规范化的核心问题。从雅可比矩阵条件数的定义和各向同性位形的要求出发,给出了雅可比矩阵规范化的一般思路和方法,定义了可变加权矩阵概念。可变加权矩阵直接由雅可比矩阵自身导出,并用于雅可比矩阵规范化,避免了现有方法需要引入额外参数的缺点和不便,也证明了灵活性是机器人的固有属性,与任何额外引入的参数无关。以6R机器人为例进行的理论推导,和以平面3R机器人和Puma560机器人为例进行的数值仿真,验证了可变加权矩阵方法的有效性。     

3-RRR并联机构灵巧度分析

利用SolidWorks建立了3-RRR机构的三维模型,对照三维模型采用D-H法建立了3-RRR机构处于任意位形的机构坐标系,运用螺旋理论计算出该机构的一阶运动影响系数即运动雅可比矩阵,参照运动雅可比矩阵奇异的特点,利用可操作数和条件数对3-RRR并联机构进行了灵巧度分析,得出了该机构的灵巧性特点。     

4自由度非全对称并联机构的完整雅可比矩阵

少自由度并联机构完整雅可比矩阵为6x6矩阵,包括运动子矩阵和约束子矩阵两部分,由于前者的代数特征不能反映出机构的约束特性,在对此类机构进行运动学分析和几何参数优化设计时,必须建立完整的6x6雅可比矩阵.鉴于此,基于对偶螺旋理论,以4自由度机构2RPS-2UPS为例,给出非全对称少自由度并联机构完整雅可比矩阵的推导方法.首先,根据螺旋理论推导约束支链中的运动螺旋系和反螺旋系,并利用互易积获得约束子矩阵.其次,锁定每个支链中的主动关节,根据螺旋理论计算约束支链和全运动支链中新增反螺旋系,并利用互易积建立运动子矩阵.将约束子矩阵和运动子矩阵联立建立机构完整雅可比矩阵.最后,分析雅可比矩阵的秩,得到2RPS-2UPS并联机构产生奇异位形的条件.