一种平面二自由度并联机器人机构刚度性能与运动学参数关系研究

以一种运动平台作平面内平动且具有较小运动惯量的平面二自由度并联机器人为研究对象,不同于以往的研究方法,这里综合考虑机器人的输入与机器人机构的几何尺寸作为机器人运动学参数,对它们量纲一化,建立了该机器人机构的设计空间。在设计空间内计算机器人刚度性能评价指标,进而绘制了机器人刚度性能图谱,在此基础上探讨了机器人机构刚度性能与运动学参数之间的关系。刚度性能图谱将有助于该机器人机构的分析和设计,这里提出的新的研究方法为以移动副为驱动的平面并联机器人的机构综合提供了一种全面而有效的方法。     

混合驱动柔索并联机器人的设计与分析

为了使柔索并联机器人高效率、大负载、高性能的运动输出,根据并联机器人机构结构综合理论,设计一种新型混合驱动柔索并联机器人机构,给出机构虚拟样机模型,该机构通过混合驱动平面五连杆并联机构驱动柔索牵引末端执行器完成期望轨迹跟踪运动。基于牛顿—欧拉方法,建立混合驱动柔索并联机器人系统的动力学方程,结合实例进行力学分析和数值仿真。结果表明,混合驱动柔索并联机器人机构设计合理,数学模型正确,为混合驱动柔索并联机器人物理样机设计制造和控制系统的设计提供了理论依据。     

基于并联机构的双重驱动管道机器人设计与研究

并联机构具有结构简单、承载能力强等优点,因此基于新型3-UPU并联机构,设计了一种针对中型管道的双重驱动管道机器人。该机器人采用并联机构作为支撑驱动机构来实现支撑运动模式,包括转弯运动及在非圆柱形管道中行走。同时该并联机构具有连续转动能力,保证了机器人转弯运动的平稳性。采用四叶螺旋作为机器人的螺旋驱动机构,实现螺旋运动模式,提高机器人的运行速度。设计了一种联接变角单元,可实现两种运动模式之间的转换,并通过调整螺旋角来改变机器人螺旋运动时的速度。该管道机器人结构紧凑、速度快、运行平稳,可以在人所不能触及的管道内部进行检测和日常维护。     

一种平面二自由度并联机器人的设计空间及其灵巧性分析

提出一种新型平面二自由度并联机器人机构,其运动平台具有较小的惯量,且其输出为平面内的平动。以不同于传统的分析方法,综合考虑机器人驱动滑块的行程与机器人机构的几何尺寸,对它们量纲一化,得到了该机器人的设计空间。在设计空间内计算灵巧性性能指标值,并绘制了该机器人的灵巧性性能图谱。灵巧性性能图谱反映了该机器人灵巧性性能指标与机器人运动学参数之间的一一对应关系。该灵巧性性能图谱对于该新型机器人机构的设计是极为有用的,这里提出的新方法也为以移动副为驱动的并联机器人的机构设计提供了一种简单、全面而有效的新途径。     

2-RRC-UPU并联机构及工作空间分析

提出了一种新型三平移三自由度空间并联机器人机构,进行了机构运动输出特性分析及自由度计算,并建立2-RRC-UPU三平移并联机器人机构的位置正、反解方程。得到了该机构的工作空间。在此基础上描绘出了并联机器人工作空间边界曲面及截面视图,分析表明,2-RRC-UPU并联机器人的理论工作空间是部分实心球体,是一种较理想的能实现三维移动并联机构的选型。     

刚柔复合驱动并联喷涂机器人机构设计与工作空间分析

大型装备空间尺度大,表面形状复杂,其表面自动化喷涂作业受到多因素限制。面向大型装备的表面喷涂作业,设计了一种由柔索及电动推杆复合驱动的并联喷涂机器人,其主要由双平台复合式末端执行器、柔索驱动模组及机器人整体框架等组成,具备工作空间大、末端灵活度较高的特点,并基于驱动索的锚接形式变化提出了不同构型。其次,分析并联喷涂机器人运动学及静力学,计算不同构型下并联喷涂机器人零姿态力封闭可行空间及力螺旋可行空间,并基于张力限制条件对并联喷涂机器人的定位置姿态空间及全局姿态空间进行了分析,考虑工作空间体积与姿态空间体积比等性能指标并综合实际工况展开构型选取。最后,搭建并联喷涂机器人实验平台,面向预设喷涂对象开展运动实验,结果验证了机构的合理性,表明该并联喷涂机器人具备较大尺度下的多姿态灵活作业能力。     

八索立式储罐并联机器人设计及性能优化

针对石油化工行业中广泛应用的大型立式储罐检修任务,传统的脚手架、导轨及爬壁机器人等工作平台存在拆装困难、结构复杂或运行速度较低等缺点,有效载荷能力和工作效率受限制。索并联机构具有工作空间大、承载能力强、模块化等优点,在大型立式储罐的检修领域极具应用潜力。提出一种采用四根支撑杆的八索驱动并联机器人工作平台及出索点位置可调的模块化支撑杆设计;建立了索并联机构的运动学模型和平面简化模型,分析机构参数对其工作空间的影响,并针对20 m口径典型立式储罐给出了优化结构参数;结合索牵引并联机器人的工作平台沿不同轨迹运动时索长、索力变化分析,确定了运动规划时优选运动轨迹。     

空间凸轮驱动的单自由度PRS型并联机构及其设计

提出一种用直动从动件空间凸轮驱动的PRS型并联机构,应用一套齿轮传动系统使各分支联动,构成单自由度并联机构。通过设计各分支的运动周期,可使机构在一个很长的公共周期内实现特定的运动。另外,可通过改变分支的相位,实现动平台的随机任意空间运动,模拟一种多自由度并联机构的模糊控制效果。给出了系统的结构简图及相关参数设计的公式,讨论了设计参数对动平台运动输出的影响,并给出了应用实例。     

新型三平移两转动并联机构及其运动分析

提出了一种新型五自由度并联机构及其应用前景,该机构由一个具有平行四边形机构的8R分支和四个SPS分支组成,可实现空间的三维移动以及两个独立方向的转动,可用于如部件装配、推拿机器人、空间机构的运动平台等应用场合。文中分析了能实现预定运动输出的机构学原理,计算了它的活动度,采用直观的零位形两步法建立运动变换矩阵,求出了用于实时位置控制的反解,并给出了数值算例,分析了其在推拿机器人设计上的应用前景。     

集成式6自由度微动并联机器人系统

基于机构、驱动、检测一体化的思想,研制出了压电陶瓷驱动的6自由度集成式并联微动机器人,对该机器人的机构、驱动、检测、控制及误差补偿方法进行了研究.采用6自由度(6-SPS)并联结构设计了微动并联机器人的构型,对结构参数进行了优化,并进行了运动空间分析和刚度分析.基于模块化设计思想将压电陶瓷驱动电源、微位移传感器检测电路、中央控制器组合在一起,通过自定义的内部总线相连构成了并联机器人的驱动和控制系统.最后,给出了该机器人位姿测量方法,并分别在压电陶瓷的开环与闭环控制状态下进行位姿测量,进而实现误差补偿.实验结果表明:该并联微动机器人可实现10 nm平动重复定位精度;0.0001°转动重复定位精度;具有定位精度和可靠性高,使用灵活方便的特点,满足多自由度精密定位的要求.     

一种3-P⊥R//R⊥4r型解耦三维平移并联机构及其位置计算

基于以单开链为单元的并联机构组成原理,设计构造了一种动平台能实现空间三维纯移动的并联机器人机构,进行了机构运动确定性分析及运动输出特性分析;用简易坐标投影法计算了其位置分析的正、逆解析解。该机构仅由转动副组成,便于制造安装,动力综合性能好;为并联机器人、虚轴机床及坐标测量机提供了新型实用机型。     

一种可用于微创手术的并联机构运动学分析与性能优化

与串联机构相比,并联机构具有刚度好,精度高,响应快等优点,适合用于医疗领域。微创穿刺活检等手术要求机器人机构能够输出远中心运动。提出了一种用于微创手术的新型远中心并联机构,其分支内部包含平行四边形闭环子链。采用螺旋理论对机构自由度进行了分析,证明其能输出两个转动运动和一个移动运动,且所有运动均通过远端固定中心。对机构进行位置分析,建立了驱动参数与末端参数之间的映射。通过速度分析建立了雅可比矩阵,并分析得到了机构的奇异位形,包括逆解奇异、正解奇异和混合奇异。应用搜索法分析了机构的工作空间。采用运动/力传递指标对机构进行了性能分析,绘制工作空间内的性能图谱。以优质空间大小为目标对机构进行了尺度优化。     

挂轨巡检机器人绳索式剪叉升降机构的设计研究

针对目前挂轨巡检机器人升降机构的特点和不足,从运动稳定性和展开性能出发,设计了一种绳索式剪叉升降机构。对比分析了剪叉升降机构不同驱动方式的优、缺点,给出了剪叉升降机构具体的结构设计方案,对所设计的剪叉升降机构进行了运动学仿真分析,验证了方案的可行性。试制样机试验结果证明所设计的剪叉升降机构运动平稳,展开性能优异,能够满足巡检机器人的工作需求。     

双足机器人并联踝关节优化设计

通过对人的踝关节运动机理分析,设计一种新型的双足机器人踝关节并联机构。建立并联机构的参数化模型,并对该模型进行运动学和动力学分析,得出该并联机构的一阶影响矩阵、伸缩运动的驱动力与零力矩点(Zero moment point, ZMP)轨迹关系。由于实际双足机器人行走时踝关节驱动力矩与角速度差异较大,为解决双足机器人步态行走中踝关节的动力学不平衡特性,结合并联机构的运动特点,迭代计算优化并联机构的结构参数,使踝关节两个驱动元件的驱动功率峰值和速度趋于一致。进行双足机器人步行试验研究,结果表明,优化后的并联结构踝关节的驱动功率峰值是串联结构下功率峰值的50 %左右,降低驱动元件的功率设计要求。在满足双足行走时踝关节的运动性能要求下选择小功率的驱动元件,有利于减小关节的体积和质量,减小能耗。     

一种新型3-UPS/UPR并联机构运动学分析及应用

在4-SPS/CU并联机构的基础上提出了一种具有空间3个转动和1个移动自由度的新型3-UPS/UPR并联机构。减少了原有机构的奇异位型和对结构参数的限制,使机构的控制方案得以简化;计算了该并联机构的自由度,对其进行了运动学分析,得出了该机构输入与输出之间的映射关系;给出了该机构的位置反解,导出了该机构运动的Jacobian矩阵与Hessian矩阵;分析了该机构的速度、加速度以及工作空间。将此机构运用于人形机器人的颈部关节处,并对机器人头部在完成指定运动形式时机构的运动学性能进行了分析。     

一种球面冗余并联机器人机构设计的基础研究

提出了一种基于球面机构的二自由度驱动冗余并联机器人。建立了该球面并联机器人机构的约束方程，进行了运动学分析；建立了该球面并联机器人的设计空间，探讨了其机构的工作空间面积性能指标与杆件尺寸之间的关系，并绘制了相应的性能图谱。这些图谱是该并联机器人机构设计的重要参考依据。     

平面2自由度驱动冗余并联机器人的机构设计

机器人机构参数的设计是极其复杂的难题。研究一种平面2自由度驱动冗余并联机器人的机构设计方法,首先建立了该并联机器人机构的空间模型,在此基础上探讨了该并联机器人机构的工作空间性能指标与杆件尺寸之间的关系,并绘制了相应的性能图谱,这些图谱是该并联机器人的机构设计的重要参考依据,该方法为实现并联机器人机构设计的计算机辅助设计提供了一种简单、有效途径。     

平面两自由度驱动冗余并联机器人的承载能力分析

基于一种平面两自由度驱动冗余并联机器人的运动学解和机构的可达工作空间，分析了该并联机器人机构的承载能力，利用特例在其工作空间内绘制了承载能力指标性能图谱。这些图谱是该并联机器人的机构设计的重要参考依据。     

平面两自由度驱动冗余并联机器人的运动及灵巧性分析

研究一种平面两自由度驱动冗余并联机器人的运动学求解，同时探讨了该并联机器人机构的工作空间，并绘制了工作空间的各种形状，在此基础上分析了该并联机器人机构的灵巧性，利用特例在其工作空间内绘制了灵巧性性能图谱，这些图谱是该并联机器人的机构设计的重要参考依据。     

一种新型三维平移并联机构及其位置分析

基于以单开链为单元的并联机器人机构组成原理，设计构造了一种动平台能实现空间三维纯移动的并联机器人机构，对其进行了结构特性分析；给出了其位置分析的正逆解析解，讨论了该机构的输入一输出运动解耦性；用连续法对该机构进行了位置正解的数值计算。