2-UPS/(S+SPR)R并联机构伴随运动与正反解分析

目的分析含有闭环单元的三自由度2-UPS/(S+SPR)R并联机构是否具有伴随运动,并对该机构的位姿正逆解进行分析。方法利用欧拉变化得到旋转矩阵,结合机构的结构特性建立约束方程,分析机构是否具有伴随运动和机构的位姿逆解。利用粒子群(PSO)算法分析机构的位姿正解。结果该机构不具备z轴方向的转动伴随运动,建立了位姿逆解方程;通过PSO算法在输入驱动参数的情况下,可以精确地得到动平台的位姿。结论机构不存在伴随运动,通过PSO优化算法得到了位姿正解精确的数值解,为分析机构的工作空间提供了良好的基础。     

3-CRS-S并联机构的运动学分析及仿真

目的 对3-CRS-S并联机构进行运动学分析及仿真,验证该机构是否具有优良的运动学性能.方法 运用修正的Kutzbach-Grübler公式对机构进行自由度计算,并分别采用D-H法和数值算法中的粒子群优化算法(PSO)对该3-CRS-S并联机构的位置正逆解进行分析,运用Adams软件对3-CRS-S并联机构进行角度和角速度分析.结果 得出该机构的位置逆解和正解,以及运动学仿真后的角度、角速度图像,该图像曲线均呈现为有规律、周期性的变化,且曲线没有出现有任何断点和突变点,运动范围相对稳定,说明该机构在运行过程中运行平稳.结论 该机构在运动过程中运行平稳,具有良好的运动学性能,在自动化包装机械领域具有广阔的应用前景.     

新型四自由度3T1R并联机器人机构运动学分析与优化设计

目的 针对自动化生产线分拣需求,提出一种新型四自由度的三平移一转动（3T1R）并联机器人机构。方法 根据方位特征集设计理论验证并联机器人机构的运动性质。利用机构的构型特点建立运动学方程模型,对其进行位置正解和逆解的分析,通过数值法搜索得到并联机器人机构的工作空间图形和转动能力等高线图。同时分析并联机器人机构的雅可比矩阵JX以及奇异性。最后以工作空间最大化作为适应度函数,基于遗传算法对机构结构尺寸进行最优化分析。结果 该机构操作空间具有规则形状、无空洞、较大的特点,优化后的并联机器人机构工作空间性能提升45%。结论 操作空间内运动灵活性较好,优化后工作空间性能得到显著改善。在电子包装自动化生产线搬运分拣领域具有较好的应用前景。     

空间4R球面机构作为转动副的3RPS并联机构运动学分析

目的设计一种新型3RsPS并联机构,使得机构可以输出3个转动自由度与3个移动自由度耦合的运动。方法根据机构的几何关系,在4R空间机构连杆运动学分析的基础上,建立该机构的运动学方程,使用消元法对其运动学正、逆解进行了求解。使用空间4R机构替换3RPS并联机构的转动副,使得该机构在初始位形下的结构,与3RPS并联机构等效。结果使用Matlab计算得到了运动学方程消元后方程的最高次数,从而得到了运动学正解最多的个数。该机构具有3个自由度,3个移动输出和3个转动输出耦合,机构的运动学正解最多有16个,这与3RPS最多拥有的正解数目一致。结论得到了一种新型的3RsPS机构,该机构的特征为RS副的转动轴线是在空间变化的,该机构的输出为三维移动伴随三维转动,具有此类运动模式的并联机构在不规则形状的产品分拣筛选时,具有一定应用前景。     

并联机构虚拟样机的构建与仿真

通过以3-TPT并联机构作为研究对象,建立该并联机构的运动学正、逆解方程,并利用LabVIEW和MATLAB软件进行运动学逆解仿真,从而得到伸缩杆杆长理论变化曲线.在ADMAS/View环境中,构建该并联机构的虚拟样机,并对其进行运动仿真,得到各杆杆长的变化曲线.通过对比伸缩杆杆长理论变化曲线,验证了运动学逆解方程的准确性.同时也说明该并联机构在空间运动时,具有良好的平稳性.除此之外,利用虚拟样机技术对并联机床运动学进行研究,避免了复杂的数学建模与推导,从而大大缩减了运动学分析工作量.     

面向食品生产的高速自动分拣系统的研究

针对我国食品生产分级与分拣的实际情况,基于Delta并联机构和机器视觉技术,构建面向食品生产的高速自动分拣系统.充分考虑Delta并联机构的特殊几何特性以及运动约束条件,运用空间矢量代数的方法,建立Delta并联机构的简化运动学模型,解析求解并联机构的正解与逆解,求解过程简单、直观,正解求解结果唯一.     

三平移并联茶叶筛分机机构设计及运动仿真

 为解决传统茶叶筛分机械不能实现多维振动的问题,提出了一种满足茶叶筛分需要的空间多维振动并联筛分机思想,并且基于并联机构的组成原理设计了筛分机的主体机构.该并联机构包含3条空间相互垂直的C-R-R支路,以动平台为茶叶筛分机筛面,能够实现3个方向的平移.应用D-H矩阵对该机构进行运动学建模,并且给出了运动学的正解和反解.结果证明筛面可以达到理想的运动需求,可以将此机构用于茶叶筛分机.在Pro/E中建立该并联机构的虚拟样机模型,利用Mech/Pro给虚拟样机添加运动副并导入ADAMS软件中,利用ADAMS进行仿真,验证了运动学正、反解的正确性.最后通过试验表明,X,Y,Z三方向的振动使得茶叶透筛时间缩短,筛分效果最优.     

具有一移动两转动并联机构设计及运动学分析

目的 针对食品行业包装工作量大,人工成本逐级提高且易出错的现状,设计一种能实现复杂运动的新型并联机构.方法 利用螺旋理论分析支链运动螺旋和约束螺旋,通过修正的Kutzbach-Grübler公式计算机构自由度.根据机构学和几何学关系,建立机构输入、输出参数关系方程;通过位置关系方程,得到机构输入、输出的速度和加速度关系方程.由于机构速度雅克比矩阵复杂,将判断矩阵是否满秩问题转化为多元函数求极值问题.根据机构约束条件,计算机构运动平台工作空间.建立机构位置正解的适应度评价函数,将改进的粒子群优化算法与迭代法相结合,求解机构位置正解.利用五次多项式对动平台中心点运动位姿进行轨迹规划,得到运动学输入参数的变化规律.结果 机构具有一移动两转动自由度.通过对上述问题数学模型的求解发现,机构不存在明显奇异位形,且工作空间连续,姿态角运动范围大.求得了机构高精度位置正解,驱动副运动学参数变化平稳,符合轨迹规划预期.结论 该新型并联机构满足食品抓取和装箱时所需的大工作空间要求,可以实现平稳运动,计算结果为机构动力学分析和实时控制奠定了理论基础.     

低耦合度2PaUU–PPaP并联机构的运动学分析与多目标优化

目的 针对三平移并联机构结构复杂、耦合度高而引起的运动学分析、动力学分析、误差分析等十分烦琐的问题,提出一种低耦合度三平移空间并联机构。方法 分析得到机构的自由度、耦合度、方位特征集等拓扑参数,建立运动学位置方程推导正、逆解的解析式并对其进行算例验证。根据计算雅可比矩阵推导出位置正解奇异、位置逆解奇异存在条件。进一步研究机构的操作空间,并得到操作空间三维形状图。此外,建立以运动灵巧度与操作空间体积为目标的数学模型,给定目标函数表达式,选择NSGA–Ⅱ算法完成具有Pareto解的多目标参数优化。结果 分析表明,搜索得到工作空间外部边界光滑,呈半球形状结构,内部不连续分布的特点。结论 在较为均衡平缓的区域选择参数的设计,能够同时兼顾体积和全局灵巧度的较佳值,以期为该类型机构在分拣、包装等应用领域提供参考。     

3-UPS/SP并联机构的逆运动学与可达工作空间分析

目的 针对目前包装领域大量物品需要进行人工点胶与喷漆的现状,设计一种3-UPS/SP并联机构应用于包装领域的点胶与喷漆,以提高工作效率。方法 运用螺旋理论对该机构进行自由度分析,并用修正的Kutzbach-Grübler公式对该机构的自由度进行验证。接着用封闭矢量法求出该机构的位置逆解,并根据位置逆解和该机构之间的相互约束条件,运用Matlab软件编程求出该机构的可达工作空间。最后对该机构在点胶与喷漆方面的应用进行了实例分析。结果 3-UPS/SP并联机构具有3转（绕x轴、y轴和z轴的转动）1移（沿z轴方向的移动）4个自由度,拥有较大的工作空间,并且在运动过程中没有出现歧义点。结论 此机构具有较大的工作空间,自由度多、运动灵活、性能良好,可以应用于包装领域进行点胶与喷漆。     

Dynamic analysis algorithm for a micro-robot for surgical applications

The applications of robotics in medical field have increased extensively in the last two decades. The purpose of this paper is to present an algorithm for a complete dynamic analysis for a six degrees of freedom micro-robot intended for surgical applications. The algorithm consists of five modules and it can easily draw the torque history for each joint provided that the homogeneous transformation matrices and the robot and joint parameters are known. The kinematic equations of motion were obtained using Denavit–Hartenberg notations. The workspace of the robot can be drawn through the solution of the inverse kinematic equations considering the physical limit of each joint. The trajectory planning was derived in the joint space using two different techniques; fifth-order polynomial, and soft motion trajectory. The dynamic equations of motion were derived using the Lagrangian–Euler technique which is appropriate for numerical simulation. The standard inverse dynamics computation method was used to calculate the required hub torque, to move each joint according to a prescribed trajectory. A simulation analysis was carried out to choose the most suitable method that gives the smooth torque profile its best performance for the robot under investigation.The simulation results were obtained using MATLAB Symbolic Toolbox.     

(2-RPU/RPS)&R混联机构的工作空间及其分拣应用

目的 针对包装生产线上需对食品、电子元器件等产品进行分拣的功能需求,提出一种新颖的(2-RPU/RPS)&R混联机构.方法 基于螺旋理论建立2-RPU/RPS并联机构的螺旋矩阵,并用修正的Kutzbach-Grübler公式对所得自由度数进行验证.通过机构的结构特征建立约束方程,并采用闭环矢量法求出机构的位置逆解.然后利用粒子群优化(PSO)算法分析机构的位置正解.最后采用数值搜索法求解机构的可达工作空间.结果 (2-RPU/RPS)&R混联机构具有4个自由度(3R1T).在PSO算法实例中,分析得到了动平台位置正解的数值解和适应度曲线,工作空间连续且无空洞,满足分拣活动范围的需求,在给出的应用实例中表明(2-RPU/RPS)&R混联机器人能很好地应用于手机包装生产线中物体的分拣和抓取等工作.结论 (2-RPU/RPS)&R混联机构运动学性能良好、工作空间大、运行平稳,适用于包装生产线上具有不同方位的物品的分拣功能需求.     

一种用于物流快递分拣的2-RPU/2-SPU并联机构设计

目的 针对目前大量的快递件需要进行分拣和搬运,为解决人力成本问题并提高物流线上的自动化程度,提出一种2-RPU/2-SPU并联机构。方法 用螺旋理论对此机构进行自由度分析,求出此机构的运动约束。通过闭环矢量法求出该机构的位置逆解和各个支链间的相互约束条件。通过逆解和约束对该机构的运动进行仿真,求出此机构的可达工作范围。结果 2-RPU/2-SPU并联机构具有两转两移（2R2T）4个自由度,分别是沿y_a轴移动,沿z_a轴移动,绕x_a轴转动,绕y_a轴转动,动作较灵活,工作空间范围较大,并且在机构运动过程中没有出现奇异位形的情况。结论 2-RPU/2-SPU并联机构具有较大的工作范围,可以在物流线上进行分拣工作,并且在分拣过程中可以实现快速、精准控制,工作过程较灵活,运动性能良好,其中2R2T的运动性能能更好地适应分拣机构斜置时的分拣。     

面向大型构件印刷的并联驱动双向转动机械臂运动学分析

目的 为实现工作臂末端到达平面或曲面内特定位置,提出一种应用于大型构件印刷的2–UCU/U并联驱动双向转动机械臂。方法 应用螺旋理论分析2–UCU/U机构的约束螺旋系,得出该机构的自由度,验证输入选取的合理性。利用封闭矢量法,求解得出机构的位置反解,建立速度雅可比矩阵。使用搜索法,借助Matlab求得机构的工作空间,分析机构输入与输出运动关系。结果 求解得到2–UCU/U并联驱动双向转动机械臂的工作空间,其形状为球形曲面;分析表明,该机构的运动为俯仰和偏航2个方向的转动。结论 驱动副的同向运动实现工作臂的仰俯运动,驱动副的反向运动实现工作臂的偏航运动,因此可使工作臂末端到达工作面所需位置,最终可使连于工作臂末端的工具在特定位置工作。     

新型单支链含球铰闭环并联机构的位置分析

目的 鉴于4S闭环结构的优良运动性能,设计一种带球铰闭环的新型并联机构,并对其位置解及工作空间进行分析。方法 针对所设计的闭环并联机构,首先建立机构模型,然后用约束螺旋计算其自由度,其次基于数值法求解位置正反解,并通过相应运动算例验证其正确性,最后利用数值搜索法求解工作空间并进行分析。结果 动平台能够实现绕y轴转动、沿y方向移动和沿z方向移动的3自由度;闭环并联机构在约束参数范围内的工作空间连续稳定且没有出现空洞。结论 3条支链和4S闭环并联结构减少了过约束和奇异位型,且运动性能优良、运动空间大,在并联机床和工业机器人领域有可观的应用前景。