基于共形几何代数的串联机器人误差建模方法

针对机器人绝对定位精度相对较低,无法满足高端制造领域的精度要求等问题,提出了一种基于共形几何代数(CGA)的串联机器人误差建模方法.首先,在CGA的框架下,通过计算相邻关节点的CGA运动算子及其共轭形式,得到了机器人末端坐标系的坐标轴投影及原点坐标表示,建立了串联机器人运动学模型;然后,通过微分运算建立了误差模型,并运...     

2-UPR-RPU并联机器人的动力学建模与性能分析

动力学建模和性能分析是并联机器人设计中的研究重点。以2-UPR-RPU三自由度并联机器人(U:虎克铰,P:移动副,R:转动副)为研究对象,采用螺旋理论对其进行动力学建模与性能分析。基于闭环矢量法建立2-UPR-RPU并联机器人的运动学逆解模型。采用螺旋理论分析2-UPR-RPU并联机器人分支中各个关节和杆件的速度和加速度,结合虚功原理计算2-UPR-RPU并联机器人运动时的驱动力,并通过ADAMS软件进行数值仿真验证。基于动力学模型分析2-UPR-RPU并联机器人的动态可操作度椭球指标,获得2-UPR-RPU并联机器人在不同操作高度下的转动和移动动态性能分布图谱,为机构的样机设计提供参考依据。2-UPR-RPU并联机器人的动力学建模和性能分析为实现机构在实际操作中的高效高精度控制提供了重要的基础保证。     

2-UPR-RPU并联机构奇异分析

具有两个转动一个移动(1T2R)的三自由度并联机构是少自由度并联机构中的一个重要分支。1T2R三自由度并联机构根据两条转轴的几何关系和性质可以分为P*U*、UP,PU和RPR等四类:目前对1T2R并联机构的奇异研究主要集中于P*U*类、UP类,而对PU类和RPR类并联机构的奇异研究极少。对一种RPR类的2-UPR-RPU并联机构进行奇异性分析。运用螺旋理论对2-UPR-RPU并联机构进行自由度分析,推导该机构的运动学反解方程,进而求出机构的雅可比矩阵。根据雅可比矩阵求出2-UPR-RPU机构的三类运动学奇异位形,分析该机构约束奇异。研究表明,2-UPR-RPU并联机构没有运动学反解奇异、运动学正解奇异和约束奇异,但是有两种混合奇异。     

基于几何代数的四面体机构自由度分析

针对四面体机构的多环耦合复杂结构导致的现有自由度计算方法对其进行自由度分析时不能有效地判断耦合部分的约束情况,课题组提出了一种基于几何代数的四面体机构自由度分析方法。先将整个机构进行拓扑等效,寻找机构的最短分支;通过修正分支运动空间的方式,将与分支耦合的闭环带来的约束体现在分支的运动空间中;最后通过对所有修正后的分支运动空间求交,得到输出构件的自由度解析式。结合具体算例可知：课题组提出的方法无需借助逻辑判断,可直接得到机构输出构件的自由度性质,解析式中的变量能给之后的驱动分布提供了选择方案。基于几何代数的四面体机构自由度分析方法具有一定的工程意义。     

2-UPR-SPR并联机构转轴分析

两转一移(2R1T)并联机构转动自由度的轴线包括瞬时转轴和连续转轴。转轴的性质和在空间的分布对2R1T并联机构的轨迹规划和运动学标定等具有重要意义,尤其是在对末端姿态能力要求高的应用如五轴数控加工中更为重要。五自由度Exechon混联加工中心被广泛应用于高端制造业,其由属于2R1T并联机构的2-UPR-SPR并联机构和RR串联机构组成。运用螺旋理论,建立2-UPR-SPR并联机构在初始位形、动平台发生单自由度连续转动后的位形、动平台发生两自由度连续转动后位形下的各分支运动螺旋系和约束螺旋系。根据刚体转轴与约束力作用的关系,确定了动平台的两条连续转轴,这两条转轴的方向与机构位形相关,且分别过参考坐标系原点和球铰中心点。