3-RRR平面并联微动机器人的运动学分析

运动学分析是并联机器人机构分析中的首要问题,是进行机构动力学分析、精度分析的基础,而全柔性微动机器人机构的首要目标就是精确实现所需的运动。因此对其运动学的研究在机构学领域占有重要的地位。本文对平面并联微动机器人进行了建立伪刚性模型,采用闭环矢量原理建立理论运动学线性模型,得到理论Jacobian矩阵,其次对该机构进行实验分析,得到工作平台的实验输出位移和方位角(Jacobian矩阵);然后用ANSYS软件对其进行有限元分析,得到有限元运动学模型(Jacobian矩阵值),最后通过分析比较该机构的理论运动学方程、实验运动学方程和有限元运动学方程,得到输出平台适用的运动学方程。     

整体弹性关节平面并联微动机器人ANSYS有限元分析

对整体弹性关节平面并联机器人建立刚性模型,采用闭环线型原理建立理论运动学线性模型(Jacobian矩阵),然后用ANSYS软件对其进行有限元分析,得到有限元运动学模型(Jacobian矩阵值),最后讨论两者关系,发现有限元模型比理论模型要精确.     

一种正交关联机器人的灵巧度指标及其分布

并联机器人的灵巧度是衡量输入与输出运动（力）之间传递精度的重要指标,研究灵巧度在工作空间内的分布规律,对并联机器人的任务规划和控制意义重大。基于力Jacobian矩阵和Jacobian矩阵,提出新型6－SPS正交并联三维平台机器人机构的灵巧度指标,给出这些指标在工作空间内的分布情况,为该种三维平台机器人机构的进一步研究和实用化提供理论基础。     

多输出3D打印冗余并联机器人的设计与分析

设计了一种新型多输出3D打印机器人,该机器人机构以Delta并联机构为主构型,以Stewart并联机构为辅助构型,在末端执行器上布置多个打印头,实现多输出。根据建立的运动学模型,分析了该机器人机构的运动学反解,得到速度雅可比矩阵,解得各驱动关节的速度和加速度。给定动平台的运动轨迹,仿真分析了机构的运动协调性,并对机构的灵巧性与静刚度进行了分析。     

一种正交并联机器人的灵巧度指标及其分布

并联机器人的灵巧度是衡量输入与输出运动 (力 )之间传递精度的重要指标 ,研究灵巧度在工作空间内的分布规律 ,对并联机器人的任务规划和控制意义重大。基于力Jacobian矩阵和Jacobian矩阵 ,提出新型 6 -SPS正交并联三维平台机器人机构的灵巧度指标 ,给出这些指标在工作空间内的分布情况 ,为该种三维平台机器人机构的进一步研究和实用化提供理论基础     

一种三平移并联机器人的仿真研究

基于螺旋理论,分析3-RCR并联机器人的机构构型,得到该并联机器人的自由度。用三维建模软件ProE对该并联机器人进行建模,将机构模型导入到Adams中,基于Adams的虚拟仿真技术,验证机构的自由度,当该并联机器人动平台输出分别为圆轨迹和正方形轨迹时,对其进行运动学的仿真分析,分别得到驱动杆Part4、Part6、Part8的角速度、角加速度的变化规律,为3-RCR并联机器人后续的应用和研究提供了重要的参考。     

基于RecurDyn的3D打印并联机器人机构的运动学分析与仿真

以3D打印并联机器人3-PUU机构为研究对象,对其进行运动学分析。通过坐标的方式对3-PUU机构进行运动逆解,推导出映射并联机构的主动关节输入速度矢量和动平台输出速度矢量关系的雅可比矩阵。利用Pro/E三维建模软件建立了虚拟样机模型,通过多体系统动力学仿真软件Recur Dyn对实体模型进行了运动学仿真分析验证了理论求解的正确性,通过该仿真分析,不仅能直观地证明所建立的数学模型的正确性,更为以后的并联机器人机构的动力学分析、轨迹规划控制奠定了基础,也为机构的优化设计提供了方向。该机构在3D打印、医用机器人等领域有潜在的应用前景。     

新型6自由度并联微动机器人微运动学及其运动解耦性分析

利用坐标变换法，建立了新型6自由度并联微动机器人的微运动学模型，并对其运动解耦性进行分析；采用不同的初始驱动位移量和驱动方式，对该机器人的有限元模型进行分析，进一步讨论了其微运动学上的解耦性，最后对研制的微动机器人样机进行了运动解耦性测试和验证。该并联微动机器人的运动解耦，为其动力学分析、控制及其标定的简化提供了理论基础。     

一种含复合球副5自由度并联机构运动学分析

设计了一种新型含复合球副5自由度并联机构,分析了机构的特点和自由度。建立了该机构的位置解析模型。利用观察法判断部分驱动分支中存在的约束力/矩,基于约束力/矩推导了含复合球副5自由度并联机构的Jacobian矩阵和Hessian矩阵,建立了含复合球副5自由度并联机构的运动学模型。利用先进CAD软件,对机构的位置解析模型和运动学模型进行了验证。基于含复合球副5自由度并联机构的位置解析模型得到了机构工作空间的形状及大小。利用该机构Jacobian矩阵,对含复合球副5自由度并联机构的奇异性进行了分析。     

一种新型空间3自由度并联机构的正反解及工作空间分析

提出一种新型空间3自由度并联机器人机构,该机器人机构的动平台相对于定平台具有空间2个移动、1个转动自由度,建立了其运动学正反解的封闭形式,并对其工作空间进行了系统的分析和研究。该新型并联机器人机构在工业机器人、微动机器人、少自由度飞行模拟器和并联机床等领域具有广泛的应用。     

3-RRRT并联机器人位置正解的快速解法

研究3-RRRT型并联机器人的运动学及正向求解方法.根据3-RRRT型并联机器人机构特点以及关节运动的取值范围,提出了以并联机器人支链中支杆的方向余弦和动平台绝对位置坐标为系统的广义坐标的方法,并详细地推导了3-RRRT型并联机器人运动学模型.提出了一种位置正解的数值求解方法,推导了位置正解迭代格式,并利用MATLAB进行了位置正解数值仿真,结果表明求解程序稳定、快速、有效.     

联合实验和仿真的机器人参数标定

针对医疗机器人调试过程中必须通过可靠的方法获得准确关节参数的问题,将联合实验和仿真的机器人参数标定这一技术应用到机器人的调试过程中.开展了对医疗机器人结构和运动学模型的分析,建立了运动学模型和关节参数之间的关系,提出了联合实验和仿真以得到准确关节参数的方法;分别控制机器人的单一关节运动,并同时记录针尖点的位置坐标,利用最小二乘法对数据进行处理,得到了关节轴线的表达式和连接点的坐标,通过仿真得到了与实际样机高度吻合的运动学模型,并通过空间计算得到了准确的关节参数;最后以定位精度为评估指标,多次使用该方法对医疗机器人进行了实验验证.实验结果表明,机器人的最终精度均能锁定在1 mm以内,该方法具有可靠性与工程实用性.     

高精度大口径光栅拼接装置的控制算法

采用宏/微结合双驱动的少自由度并联进给结构,给出了一种光栅拼接装置设计算法.宏动部分是5PTS-1PPS型并联机构,采用步进电机驱动滚珠丝杠形式的进给机构;微动部分是5TSP-1PPS型并联机构,采用压电陶瓷驱动柔性铰链形式的进给机构;二者串联构成光栅拼接机构.计算了宏动部分和微动部分的并联机构自由度,利用并联机构运动学的逆解推导出该装置的控制算法,并根据控制算法进行了宏动、微动机构点位控制的运动学仿真.为了提高机构的定位精度,分析了机构的系统误差并提出了误差修正方法.最后,将以上算法应用到光栅拼接装置中.实验结果表明:宏动部分最大移动定位误差为3.6 μm,最大转动定位误差为4.4 μrad;微动部分最大移动定位误差为0.06 μm,最大转动定位误差为1.2 μrad;基本满足光栅拼接系统的精度要求.     

Design optimization of a 2-DOF parallel kinematic machine based on natural frequency

In this paper, kinematics, workspace, and dynamic analysis of a two degree of freedom (2-DOF) translational parallel robot are carried out. The mechanism of the 2-DOF translational parallel robot consists of four links. Links 1 and 2 consist of three revolute joints and link 3 and 4 consist of three revolute joints and one prismatic joint. These four links are attached to the end effector. The inverse kinematics analysis is carried out to find the joint positions for a particular position of the moving platform. Using stiffness and dynamic mass matrices, the natural frequencies of the parallel kinematic machine (PKM) are obtained. Since the first natural frequency is responsible for higher vibrations, the first natural frequency is considered as performance measure of the PKM i.e. global natural frequency index (GNFI). Using GNFI as the objective, the optimal dimensions of the PKM are obtained.

     

包含串并联关节的排牙机器人运动学分析

针对串联关节和并联关节各自的特点,提出了一种由5自由度串联机构和并联机构组成的排牙机器人,通过对排牙机器人机构的分析,建立了其运动学方程。对运动学逆问题进行了分析并且应用解析法和矩阵法推导出各个关节的位姿矩阵,在已知患者的牙弓曲线和各散牙的末端位姿时,便可通过以上算法求得各个关节的位置和姿态。最后以下左牙为算例,对各个关节的位姿矩阵进行了求解。结果表明:本文提出的算法合理有效,解决了排牙机器人部分运动学问题。     

Motion capability analysis of a quadruped robot as a parallel manipulator

This paper presents the forward and inverse displacement analysis of a quadruped robot MANA as a parallel manipulator in quadruple stance phase, which is used to obtain the workspace and control the motion of the body. The robot MANA designed on the basis of the structure of quadruped mammal is able to not only walk and turn in the uneven terrain, but also accomplish various manipulating tasks as a parallel manipulator in quadruple stance phase. The latter will be the focus of this paper, however. For this purpose, the leg kinematics is primarily analyzed, which lays the foundation on the gait planning in terms of locomotion and body kinematics analysis as a parallel manipulator. When all four feet of the robot contact on the ground, by assuming there is no slipping at the feet, each contacting point is treated as a passive spherical joint and the kinematic model of parallel manipulator is established. The method for choosing six non-redundant actuated joints for the parallel manipulator from all twelve optional joints is elaborated. The inverse and forward displacement analysis of the parallel manipulator is carried out using the method of coordinate transformation. Finally, based on the inverse and forward kinematic model, two issues on obtaining the reachable workspace of parallel manipulator and planning the motion of the body are implemented and verified by ADAMS simulation.     

含正则支链的并联机器人雅可比简化分析方法

雅可比矩阵对并联机器人的速度、精度、刚度等性能分析有重要意义。通常雅可比分析需要计算与驱动关节运动螺旋不互易而与支链其他运动螺旋均互易的力螺旋,分析过程复杂,计算量大。为此,针对一类常见的特殊支链结构,提出正则支链的概念,研究了正则支链的结构特征。分析了转动副和移动副的做功驱动力螺旋,提出含正则支链的并联机器人雅可比简化分析方法,克服了现有方法中计算驱动关节产生的支链约束螺旋的复杂过程。这种方法不必计算支链约束螺旋就能获得并联机器人的部分雅可比矩阵,进而结合支链约束螺旋获得并联机器人的整体雅可比矩阵,实现驱动关节与动平台之间运动和力的双向映射。方法不仅适用于常见的6自由度并联机器人,也适用于具有正则支链的少自由度并联机器人。