基于牛顿-欧拉方法的6-PUS并联机构刚体动力学模型

用牛顿—欧拉方法建立了 6 PUS并联机构的动力学模型 .为使动力学模型包含所有构件的重力和惯性力 ,以该并联机构的支链为研究对象 ,用D H方法建立了各构件的坐标系 ,推导出了支链运动学逆解的解析解 ,并给出了动平台的速度、加速度与各构件速度、加速度之间的映射关系 .然后 ,以动平台为研究对象导出了 6 PUS并联机构的动力学模型 ,并给出了动平台做圆周平动时各驱动力的变化曲线 ,为该类机构的动力学分析奠定了基础 .     

高低频复合驱动的并联调姿隔振平台的运动分析

针对现有扰动补偿装置调姿和隔振功能分离的缺陷,研制了高低频复合驱动并联平台．通过多种复合驱动方式的性能比较,选用RRPRP构型的平面五杆机构作为复合驱动单元,并将机构构型确定为3-RRPRP-4S．运用约束螺旋理论来分析高低频复合驱动单元的等效形式以及机构的自由度．进而分别建立高频和低频2种驱动形式下的位置反解模型,其中对高频驱动形式下的分析应用逐步迭代法．基于旋量理论,构建2种驱动形式下的动平台与广义输入之间的1阶影响系数和2阶影响系数,进而得到从广义输入到动平台速度和加速度的线性映射．基于运动学分析结果,提出了瞬时锁定法作为机构的驱动策略,通过在高低频驱动下的数值算例对理论分析进行仿真验证,并进行了样机实验．结果表明,仿真曲线和理论曲线几乎完全重合,样机实验的复现率在93%～96%之间．因此,该平台应用高低频复合驱动的形式实现了调姿隔振的混合输出,突破了驱动器频率带对扰动补偿装置的限制,可对频率范围跨度较大的干扰信号进行补偿．     

耦合型3自由度并联稳定平台机构及其运动特征

基于舰船摇荡运动的耦合特征,采用耦合型3-SRR/SRU 3自由度并联机构作为舰载稳定平台机构,实现了稳定平台三轴驱动、动平台五轴联动补偿的目标．运用螺旋理论分析了机构的自由度和运动特征, 并讨论了输入关节选取的合理性|采用坐标等效运动的方法,建立机构耦合运动约束方程,得到了位置解及工作空间．本文将耦合型3-SRR/SRU 3自由度并联机构用于舰载稳定平台五轴联动补偿,拓展了少自由度并联机构的应用领域．     

一类球面机器人动力学建模与无源控制

针对一类作为拟人肩的球面3-RRR并联机器人的轨迹跟踪问题,在分析该机器人机构特性的基础上,通过计算各构件的动、势能,采用拉格朗日方法建立了其动力学模型,并给出了模型参数矩阵的基本性质.针对模型利用Backstepping方 法,结合其参数矩阵基本性质,设计了一种无源控制器.控制器作用下,系统严格输出无源,其广义变量能够很好地跟踪给定信号,进而使得系统动平台能够跟踪给定位姿变化.严格证明和仿真验证了控制器的有效性及该机器人能够满足作为拟人肩必需的跟踪特性.     

一种新型并联机床的驱动输入选择

基于螺旋理论,将并联机床全部分支中可作为驱动输入的运动副锁定后,可以得到作用在动平台上的 约束螺旋．选出与机构的自由度数目相同的约束螺旋与机构本身固有的结构约束螺旋组成约束矩阵,根据约束矩阵 的秩确定输入的合理性．将约束力／力矩矩阵的最小奇异值与最大奇异值之比定义为约束力／力矩各向同性度,并 以此为指标对各驱动输入组合的优劣性进行评价．驱动输入选择结果表明,该并联机床存在5 种合理输入,其中以 UPS 分支中的5 个P 副为驱动输入是最优组合．     

并联式四自由度定位平台误差分析

设计了一种应用于扫描电镜的四自由度并联定位平台.该平台结构简单,便于集成微操作装置和实现微结构物性在线检测.为使所设计的定位平台具有高的定位精度,建立了平台的误差矢量模型.通过模拟仿真手段分析了结构误差和上平台分支分布对平台末端定位精度的影响,分析了在大载荷作用下机构在非自由度方向产生的角位移输出.     

3-RPS并联机构弹性动力学建模方法

运用子结构综合和模态缩聚技术,提出了一种全柔性3自由度并联动力头(3-RPS)的弹性动力学建模方法.在建模过程中,将机构划分为动平台子结构和3条RPS伸缩支链子结构.模型中考虑了所有铰链和支链柔度对整机动态特性的影响.将球铰和转动副处理为具有等效刚度的虚拟弹簧;通过有限元软件和模态缩聚技术对伸缩支链进行处理,进而建立支链的弹性动力学方程;通过引入变形协调条件,对系统整体刚度矩阵进行组装,建立了3-RPS并联动力头的整体动力学方程.研究结果表明,整机的各阶固有频率随着机构位姿的变化而变化,并且呈三对称形式分布.通过模态实验验证了该方法所得的固有频率和振型.     

4自由度并联平台模糊控制系统设计

介绍一款4自由度并联平台,分析其结构特性以及空间几何关系;针对并联平台具有多变量、强耦合、非线性和参数不确定等特点,应用模糊控制理论设计控制系统对平台空间位姿进行控制;利用平台结构特性对控制对象进行部分解耦,降低模糊控制系统设计的复杂性,再独立设计两个双输入双输出模糊控制器;经过MatLab仿真,结果表明控制系统取得良好的控制效果.     

CT导航微创外科混联机器人拓扑结构分析

分析了CT导航微创外科手术环境对机器人的特殊要求,提出了一种新型串并混联机器人构型 .详细讨论了机器人的串、并联拓扑结构的设计依据,比较了多种串联微创外科机械臂的结 构类型,明确了串联部分的构型.针对传统并联机构灵活性较小的不足,提出并分析了并联 机构的结构框架,确定了并联部分的结构.基于螺旋理论重点求解了并联机构的位移输出特 征方程及其自由度,同时给出了串联部分的位移输出特征矩阵.通过灵活性仿真,验证了该 机器人可用于CT受限空间的微创外科定位手术.本文对于新型医疗机器人的构型设计提供了 一种理论参考.     

冗余驱动并联机械手的混合位置/力自适应控制

针对冗余驱动并联机构研究一种自适应的混合位置/力控制算法.基于并联机构中约束 子流形的几何性质,将冗余驱动并联机构的逆动力学自然投影到位形空间和约束力空间.基于投 影方程,提出一种统一的具有渐进稳定性的自适应混合位置/力控制算法.采用最小二范数准则 求解冗余解问题,实现了实际驱动关节力矩的优化.仿真结果验证了控制方法的有效性.     

并联机器人奇异位形分析的几何方法

采用微分几何方法,提出一种针对一般并联机器人的奇异性的分类方法,依据奇异流形 与奇异运动方向的关系,将奇异性进一步区分为一阶奇异性和二阶奇异性,基于二阶奇异点分布 的连续性属性将其中的二阶奇异性进一步分为退化和非退化奇异性,并对退化奇异性的物理含 义进行了分析,指出退化奇异给机构带来的危险性.最后针对冗余驱动的平面二自由度并联机构 进行了分析.     

一种新的六自由度并联机器人分散控制方法

结合六自由度并联机器人机构的特点.提出一种新的分散控制方法.首先依据机构特点指出了关节空间内惯性矩阵块对角占优特性,从而将耦合强烈的邻近支路加以整体考虑,即分散控制3个两输入两输出子系统;然后将惯性矩阵的逆分解为块对角矩阵与耦合矩阵之和,从而得到每个子系统的动力学方程;最后针对子系统负载随机构运动而变化的特点引入线性变参数(LPV)控制方法,降低了使用线性定常控制器的保守性.仿真结果表明了所提出方法的有效性.     

基于一阶不确定项估计律的机械臂鲁棒控制研究

针对多自由度机械臂控制系统的模型参数误差、关节摩擦力以及外部输入扰动等不确定项,设计了一类一阶误差估计律;结合基于机构动力学名义模型的输入输出反馈线性化控制算法,对六自由度刚性机械臂的时变轨迹跟踪控制进行了研究,理论上证明了设计的鲁棒控制器是全局渐进稳定的.仿真结果表明该控制策略对系统的各类不确定项具有很好的鲁棒性,能够实现高精度的轨迹跟踪控制.     

4-RP(RR)R并联机器人运动仿真

该文给出一个新型的少自由度并联机器人机构4-RP（RR）R的动态仿真。文中对此机构进行了反解分析,确立了此机构运动平台的位置输出与移动副输入及各空间顶点位置的关系。在此基础上,利用Matlab软件模拟出实物动态图,并对利用几何分析法做出的速度曲线、加速度曲线与利用虚设影响系数法求出的速度曲线、加速度曲线进行分析比较,进一步说明了机构本身的运动特性,以及虚设影响系数法对少自由度并联机器人机构4-RP（RR）R求解的正确性。     

含被动高副的冗余驱动并联机器人优化设计

针对具有平移和旋转混合自由度的冗余驱动并联机器人,提出一种优化设计方法.首先,介绍了仿人类口颌设计的并联机器人,由6-PUS(prismatic-universal-spherical)并联机构模拟6条主要咀嚼肌,2个被动高副模拟下颌关节.针对机构含被动高副的特点,利用末端执行器上的3点描述位姿,建立其量纲一致的雅可比矩阵.基于机器人结构和尺寸对速度误差传递性能的影响的分析,给出了该冗余驱动并联机器人的优化方法.设置性能参数对该冗余驱动并联机器人进行了尺寸优化设计,与优化前机器人机构相比全局误差标准差下降了39.83％.结果表明所提出的优化设计方法提高了并联机构的速度传递性能,并可以扩展用于其他机器人的优化设计.     

具有高位移增幅特性的柔顺并联式x-y-θ微动平台

考虑到微装配和微操作任务对微动平台高位移增幅比、多自由度和低输出耦合比的要求,结合柔顺放大机构和复合平行四边形机构,设计了一种并联式x-y-θ微动平台．首先根据伪刚体方法得到了微动平台的静、动力学模型,然后采用有限元仿真分析了平台的输出位移、转动角度、共振频率和输出耦合比,最后搭建实验测控系统验证了微动平台的开环性能．实验结果表明：微动平台在x和y轴方向的位移增幅比分别为8.1和8.3;当输入位移为20μm时,平台的行程为162.2μm×165.6μm×2547.1μrad,x、y平动方向的1阶共振频率为224.6 Hz和227.7 Hz,x与y轴方向平动时的输出耦合比分别为0.86%和0.91%．位移增幅比和1阶共振频率的实验结果与有限元仿真之间的相对误差分别小于27.2%和6.4%,故而实验测试验证了理论模型和有限元仿真分析的有效性．     

六自由度并联式机器人拉格朗日动力方程

本文对六自由度并联机器人的动力学问题进行了研究.文中根据一二阶影响系数矩阵,导出了仅依赖于系统的质量分布和几何特性的广义惯性张量和广义惯性功率模型矩阵,建立了多回路系统的拉格朗日动力方程和运动控制方程.最后给出了实例计算.     

基于SimMechanics的新型并联机构仿真平台

针对一种新型六自由度并联机器人进行了运动学和动力学分析,并借助于MatLab的SimMechanics模块的系统动态建模功能,以六自由度并联机器人仿真模型为对象,设计了PID控制器形成闭环控制,最后构成一个仿真平台。结果表明：在平台上可以进行运动学、动力学、控制方法的研究。同时仿真平台由各模块组成,可以灵活改变各模块的参数和结构,并且避开了Stewart平台的复杂的建模过程,对所有并联机构的研究都有借鉴作用。     

一种三自由度并联机器人机构的运动学分析

1引言 并联机器人具有输出精度高、结构刚性好、承载能力强、部件简单及运动学反解简单等许多串联机器人所没有的优点,近年来引起了机器人研究者的高度重视.其中,六自由度并联机器人方面的研究已比较深入和成熟.三自由度并联机器人是一种很有实用前景的机器人,也越来越多地引起人们的注意.三自由度并联机器人包括平面三自由度并联机器人,球面三自由度并联机器人和空间三自由度并联机器人.球面三自由度并联机器人能够实现运动平台三维转动,是一种角台形式,由静角台、动角台和三组具有一定弧度的连杆架和连杆构成,各联接处均采用转动副.这种机构结构复杂、设计困难。     

基于Solid Edge的高级机构运动仿真

在机构设计中,分析输入/输出构件运动的相关性是比较困难和繁琐的,但若能方便地得到输入/输出构件及相关中间构件的运动曲线,解决这类问题就会容易许多.