冗余驱动并联机构预防故障的力矩分配法

分析冗余驱动并联机构的动力学方程可知,通过合理的分配各驱动器的输出力矩,可以避免部分驱动器过载,有效地延长机构的首次故障时间.从各驱动器的承受能力出发,提出输出裕度的概念,并据此构造了驱动力矩优化模型,以输出裕度来构造加权系数的选择准则,实现对各驱动器的单独调解.推导了输出裕度均衡及部分驱动器输出裕度取均值两种情况下的力矩分配方法,协调系统中各驱动器的承载情况.以一种平面3自由度过驱动并联机构为研究对象,数据计算及分析结果表明所提出的方法对于调节各驱动器输出裕度均衡及防止部分驱动器过载有一定的作用.     

串联多闭链二自由度变幅机构的动力学建模

变幅机构是工程机械的关键部件.不同于单自由度变幅机构,本文设计了一种两组液压缸驱动的二自由度变幅机构以提高变幅性能.为了建立该机构的动力学模型,首先,提出层次化方法推导出雅可比矩阵和海森矩阵,继而得到运动学方程.然后,考虑驱动器将该机构拆分成6个刚体,并采用牛顿欧拉法求得动力学方程,基于动力学模型对变幅过程进行仿真分析...     

机电集成超环面传动的驱动机理

机电集成超环面传动是一种新型传动机构,在超环面传动理论和电磁学理论基础上,用电磁力取代机械弹力和摩擦力,所以它是一种无接触传动,无需润滑;由于可以实现传动、驱动和控制的集成,不仅结构更紧凑,并且具有可控性。在对行星轮进行受力分析基础上,建立了空间力学模型,论述了该传动机构的驱动机理,推导出输出力矩公式,并且分析了输出力矩的影响因素和影响规律。结果表明,输出力矩与行星轮半径等因素成正比,但是行星轮个数的增加并不能增大输出力矩。     

硅基大位移低驱动电压静电微驱动器变形分析

针对目前横向加载单向变形静电微驱动器存在的位移过小或驱动电压过大的问题,提出一种基于纵横弯曲变形原理的硅基大位移低电压静电微驱动器模型,将弹性力由传统意义的恢复力改变为驱动力,推导出微驱动器挠度变形的控制方程．通过仿真发现,该驱动器的驱动位移高达145μm,远大于目前微驱动器的变形量; 驱动电压仅为5V,远低于目前微驱动器的驱动电压值．     

基于GWLN方法的冗余机械臂关节力矩约束控制

针对冗余机械臂受到的关节驱动力矩有限的约束,提出基于广义加权最小范数法(GWLN)的算法.通过引入辅助变量,考虑重力和科里奥利力的影响,排除现有方法对机械臂低速运行的假定.在逆运动学求解时,对扩展变量的加权范数优化,使得规划关节加速度所需的力矩指令保持在驱动器输出范围之内.该算法的有效性通过数学证明得到验证.在MATLAB ROBOTIC TOOLBOX中对PUMA560机械臂的仿真结果证实,基于GWLN方法控制的机械臂在遵循关节力矩约束的同时,准确地完成操作任务.同零空间力矩优化方法及现有加权方法的仿真结果对比显示,基于GWLN方法的控制算法能够更加有效地保证力矩约束,具有更好的稳定性.     

单自由度仿真机械手驱动机构的多目标优化设计

目的 设计单自由度仿真机械手的驱动机构,解决机器人自动装配、医学康复断指再造等多接触抓取装置设计问题.方法 基于驱动机构方案,建立其优化数学模型、仿真手的手指运动轨迹模拟方法 、抓取过程的力学模型和力的处理方法 以及力的平衡方程,采用NSGA-Ⅱ算法完成驱动机构优化设计.结果 应用所提出的驱动机构设计方法 将机构各构件的尺度综合这一复杂的设计问题转化为一简单的机构尺度多目标约束优化问题,获得了满足驱动力矩小、各构件尺寸小的较好的优化设计方案.结论 单自由度仿真机械手驱动机构的多目标优化设计方法 可以简化机械手设计.获得更加灵巧的机械结构,优化结果 表明该方法 是可靠的,是仿真机械手设计的新尝试.     

机器人变阻尼柔顺驱动关节设计

为解决传统机器人柔顺关节存在的振动及控制精度低的问题,利用流体节流原理设计了一个新型变阻尼柔顺驱动关节,以便调节运动过程中系统的动态性能,实现振动抑制。该驱动关节在传统柔顺驱动器的基础上,并联设置一个粘滞阻尼可调模块;通过曲柄滑块机构遮挡液压节流孔的通流面积,从而改变关节系统输入端与输出端之间的阻尼系数;推导变阻尼模块和完整驱动关节的数学模型,给出变阻尼柔顺关节的控制器结构,并进行仿真和实验验证。结果表明:该机器人变阻尼柔顺驱动关节能够在不降低响应速度的情况下减少振动,当取合理阻尼值时关节可在0.5 s内达到稳定值,且响应超调量减少50%以上。     

电动轮驱动汽车的最佳车轮滑移率实时识别

根据汽车轮胎与路面的附着特性及电动轮驱动系统的特点,提出了电动轮汽车驱动轮对应最大附着系数的滑移率实时识别方法。该方法利用包括车轮驱动转矩和转速在内的车轮动力学参数表达轮胎与路面之间的附着特性。通过计算其导数变化来检测车轮滑转状态,从而获得最大附着系数所对应的滑移率。通过仿真及实车试验对本文方法进行了验证,结果表明其可实时准确地判断车轮是否打滑,并输出最佳滑移率及最大附着系数。     

基于虚拟弹簧的欠驱动手指的动力学建模和控制

采用虚拟弹簧对2关节欠驱动手指进行了动力学建模。并使用该方法建立实际的3关节欠驱动手指的动力学模型,通过动态控制实验验证了动力学模型的正确性。该方法不仅避免了求解微分几何方程,并且直接派生出可解耦的动力学模型。可直接进行逆动力学分析、仿真和实时控制。同时,建立了基于动力学模型的速度观测器,用于轨迹跟踪,弥补了欠驱动手没有速度传感器的缺点,补偿了欠驱动环节造成的不确定因素。与PID或计算力矩法相比较,其轨迹跟踪误差更小,动态控制效果更好。     

基于ALPSO算法的过驱动最小推力控制方法

为保证推力器的控制效果,完成冗余指令的分配控制,提出基于ALPSO算法的过驱动最小推力控制方法。该方法依据构建推力器的动态分配数学模型,以推力器的动力学和运动学状态为基础,获取推力器期望的控制结果。在此基础上确定过驱动系统的推力器推力期望力矩误差函数最小,为实现过驱动最小推力控制分配的目标,采用ALPSO算法对其进行求解,获取控制结果。测试结果显示：应用该方法后,敏感度、负载裕度均在0.022以下,平衡度测试结果均在0.944以上,控制性能较好;能够快速完成力矩结果的控制,保证推力器按照设定的理想轨道运行;x,y,z轴上的分配控制力矩偏差均低于0.020 0。     

并联机构运动学与奇异性研究进展

为了发展更多新型结构的并联机器人,克服传统并联机器人工作空间较小、奇异性与运动学正解分析复杂的缺点,针对并联机构运动支链结构形式,将并联机构分为杆支撑并联机构、绳牵引并联机构和钢带并联机构,并介绍了这3种并联机构的运动学原理.针对这3种并联机器人机构形式,从运动位置、工作空间、奇异位形3方面,对国内外并联机器人运动学与奇异性的研究现状进行详细的阐述.分析钢带并联机器人结构与驱动方式的特殊性,对钢带并联机器人在运动过程中由于钢带承载力有限导致失稳所带来的问题进行探讨.结果表明,并联机器人运动学与奇异性的理论研究方法还不成熟,需要从结构设计和理论2方面进行突破才能解决并联机器人发展的瓶颈问题,从而拓宽并联机器人的应用领域.     

遥操纵多自由度电液伺服并联机械手力反馈控制策略

针对遥操纵并联机械手的力反馈双向伺服控制中所存在的多自由度力、位移耦合问题,提出了新的双向伺服力反馈控制策略。该控制策略将与从动机械手接触的工作阻力大小和方向通过位置空间传递给主动侧,为操作者提供与从动侧完全相同的位置空间,将操纵手柄变为实现从动侧约束的设备,从而实现从动机械手工作阻力反馈。应用阀控液压缸和力、位移传感器构成的多自由度并联主从操纵手柄,构建力反馈双向伺服控制试验系统。针对新型控制策略进行了力、位置跟随性能试验。试验结果证明了该力反馈控制策略的有效性,改善了主-从控制系统的操纵性能。     

Kineto-static analysis of a novel high-speed parallel manipulator with rigid-flexible coupled links

A novel high-speed parallel kinematic machine (PKM) named Delta-S parallel manipulator is proposed, which consists of a fixed base connected to a moving platform through three limbs with identical topology. Each limb is composed of one driving arm and one follower arm, herein, the latter includes two strings and one middle rod, all located in a same plane. Compared with similar manipulators with uniform parameters, the novel and unique topology as well as the addition of two strings of Delta-S manipulator can remove the clearance of the spherical joints, reduce the inertial load of components further, improve the positioning accuracy and dynamic performance, and so on. In order to formulate the kineto-static model of Delta-S manipulator, the kineto-static analyses and models of the driving arm, the generalized follower and the moving platform can be carried out by the D’ALEMBERT principle. For the sake of obtaining the force analytic results of strings, the deformation compatibility condition of strings and the middle rod are determined. Furthermore, in virtue of the assumption of small deformation and the linear superposition principle, the minimal pre-tightening force of the strings is calculated. The main results include that the loads of the strings and the middle rod must be larger than “zero” and the pre-tightening force over the workspace must be larger than the minimal pre-tightening force at any time within the workspace, which lay the foundation for the dynamic analysis and the prototype manufacture of the Delta-S manipulator.     

Dynamic modeling and analysis of 3-RRS parallel manipulator with flexible links

The dynamic modeling and solution of the 3-(R)RS spatial parallel manipulators with flexible links were investigated. Firstly, a new model of spatial flexible beam element was proposed, and the dynamic equations of elements and branches of the parallel manipulator were derived. Secondly, according to the kinematic coupling relationship between the moving platform and flexible links, the kinematic constraints of the flexible parallel manipulator were proposed. Thirdly, using the kinematic constraint equations and dynamic model of the moving platform, the overall system dynamic equations of the parallel manipulator were obtained by assembling the dynamic equations of branches. Furthermore, a few commonly used effective solutions of second-order differential equation system with variable coefficients were discussed. Newmark numerical method was used to solve the dynamic equations of the flexible parallel manipulator. Finally, the dynamic responses of the moving platform and driving torques of the 3-RRS parallel mechanism with flexible links were analyzed through numerical simulation. The results provide important information for analysis of dynamic performance, dynamics optimization design, dynamic simulation and control of the 3-RRS flexible parallel manipulator.     

空间3自由度冗余驱动并联机构的运动学分析

由n(n<6)条SPS主动支链和一条被动约束支链构成的并联机构结构简单而且承载能力更强,具有非常广泛的应用前景。以4-SPS/S结构的并联机构为研究对象,实现模拟船舶在海浪中的3自由度摇摆运动功能。运用螺旋理论分析4-SPS/S并联机构真实的自由运动特性。运用坐标旋转矩阵变换和矢量导数法,推导出并联机构位置逆解的解析表达式以及各主动支链和动平台的微分运动特性。运用杆长约束条件和Sylvester结式消元法,推导出该机构位置正解的解析解。仿真研究和实例验证结果表明,该机构具有4组位置正解,其中2组为实解,另外2组为虚解,验证了位置正解求解算法的正确性。     

新型三平移并联机构的工作空间和运动灵活度分析

文章通过位置逆解公式,描述了机构输入与输出速度关系的逆雅可比,对该并联机构作业空间和运动灵活性进行了分析,给出了一尺度参数下机构作业空间及运动灵活性的分布规律。分析表明,该机构具有几何形状规则的作业空间及较好的运动灵活性,是一种较为理想的能实现三维移动操作的并联机构选型,获得的结果可应用于该并联机构的设计之中。     

Master-slave robot force telepresence technology

0　ＩＮＴＲＯＤＵＣＴＩＯＮＡｍａｓｔｅｒ ｓｌａｖｅｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔｒｏｂｏｔｔｅｌｅｐｒｅｓｅｎｃｅｓｙｓｔｅｍｃｏｎｓｉｓｔｓｏｆｔｗｏｍａｊｏｒｐａｒｔｓ :ｔｈｅｍａｓｔｅｒａｎｄａｎｄｔｈｅｓｌａｖｅ .Ｔｈｅｍａｓｔｅｒ,ｗｈｉｃｈｉｓｓｏｍｅｔｉｍｅｓｃａｌｌｅｄｈａｎｄｃｏｎ ｔｒｏｌｌｅｒ ,ｉｓｕｓｅｄｔｏｇｅｎｅｒａｔｅｃｏｍｍａｎｄｓｔｏｔｈｅｓｌａｖｅｒｏｂｏｔ.Ｔｈｅｐｏｓｉｔｉｏｎｉｓｆｅｄｆｏｒｗａｒｄｆｒｏｍｔｈｅｈａｎｄｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒｔｏｔｈｅｓｌａｖｅａ…     

Forward kinematics analysis of parallel manipulator using modified global Newton-Raphson method

In order to obtain direct solutions of parallel manipulator without divergence in real time, a modified global Newton-Raphson (MGNR) algorithm was proposed for forward kinematics analysis of six-degree-of-freedom (DOF) parallel manipulator. Based on geometrical frame of parallel manipulator, the highly nonlinear equations of kinematics were derived using analytical approach. The MGNR algorithm was developed for the nonlinear equations based on Tailor expansion and Newton-Raphson iteration. The procedure of MGNR algorithm was programmed in Matlab/Simulink and compiled to a real-time computer with Microsoft visual studio.NET for implementation. The performance of the MGNR algorithms for 6-DOF parallel manipulator was analyzed and confirmed. Applying the MGNR algorithm, the real generalized pose of moving platform is solved by using the set of given positions of actuators. The theoretical analysis and numerical results indicate that the presented method can achieve the numerical convergent solution in less than 1 ms with high accuracy (1×10⁻⁹ m in linear motion and 1×10⁻⁹ rad in angular motion), even the initial guess value is far from the root.     

3-PTT并联微操作机器人机构误差分析

通过矢量分析方法,分别讨论了3-TT并联机构和两级3-TT串并联微操作机器人机构的误差建模,研究了关节误差和驱动输入误差与机器人输出误差之间的关系,得到机器人机构的误差模型方程,为微操作机器人的误差补偿提供理论指导.     

Simulink和SimMechanics环境下并联机器人动力学建模与分析

为了对六自由度并联机器人动力学模型进行充分验证和分析,并提高建模与分析的效率,提出在Simulink和SimMechanics环境下进行动力学建模与分析的计算机辅助方法.将六自由度并联机器人描述为单个刚体,采用凯恩方法建立其单刚体动力学模型,设计了基于铰点空间控制策略的经典PID控制器,并在Simulink和SimMechanics这2种环境下进行了动力学建模仿真,六自由度并联机器人的动力学响应完全一致,说明了在Simulink和SimMechanics 2种环境下的动力学模型都是正确的,并且所提出的方法也可应用于所有机械系统的动力学建模与分析.