冗余驱动直角坐标串并联机器人位姿误差分析

串并联机器人可分解成两个并联机器人的串联组合,并联机器人的各支链均为一串联支链,利用并联机构和串联机构的运动学等效,考虑各分支末端误差对最终运动平台位姿误差的影响,提出了基于动态和静态因素的综合分析方法,并给出了主要的影响因素,并以实例的形式对研究结论进行了有效性验证.     

4-RRRPP并联机构工作空间解析分析

通过对串联机构、并联机构工作空间分析方法的梳理,提出一种基于支链关节运动能力逆向综合的解析作图分析新方法。提出将并联机构分解成串联支链,然后把串联支链从输出末端到固定端以关节插件形式逆向组装,将每一次组装后得到的关节或串联机构的末端工作空间运动能力的空间几何形体作为母线/母体/母面,以组装关节轴线为基线,借助三维CAD软件工具,得到整个支链末端工作空间运动能力域,并给出其一般方法和步骤。将各支链末端工作空间运动能力域在固定坐标系下的空间位置进行重置,求取其交集,从而得到并联机构输出末端参考点的可到工作空间。并以机构为实例证明该方法的有效性,当改变并联机构静平台尺寸保持不变,动平台各关节距离其形心的尺寸参数发生改变时,并联机构输出末端工作空间形状相似,但体积大小随着距离的增大而减小。当改变并联机构动平台尺寸保持不变,静平台各关节距离其形心的尺寸参数发生改变时,并联机构输出末端工作空间形状也发生改变,体积随着距离的增大而减小。     

PPP-S[T]-PPP新型混联立方机构

基于传统的串联和并联机构构建新型6自由度混联立方机构,通过直线驱动实现输出主轴的三维移动和转动.对机构中常用运动副、机构运动基本单元的移动基和转动基的空间活动能力进行描述定义,基于机构由构件通过关节连接而成的事实,提出一种新的构件关系拓扑图论描述方法,该方法以构件框、约束构件框、构件关系线、约束构件关系线、相邻构件空间相对活动能力关系为要素,对串联机构、并联机构、混联机构进行新的图论描述.基于支链空间活动能力维度和机构空间活动能力维度定义,以实例形式给出混联机构自由度的分析方法,并得到机构非奇异的充要条件.采用解析几何的方法得到机构可达工作空间的形态为一规则的长方体,可达工作空间体积取决于机构平移运动副的运动极限,从而得到其影响因素.通过作图法对机构输出主轴在任意空间位姿的极限偏转角度进行分析,得知导轨长度等是影响其偏转的主要因素.     

新型一平移一转动并联机构的精度分析

根据并联机器人机构结构综合理论,以单开链支路为单元,改进了一种能实现空间一维移动和一维转动的二自由度并联机构。采用传递矩阵法研究了推拿机器人末端位姿误差。基于机器人末端执行器位置反解结果,通过全微分误差分析理论,建立误差模型,进行求解计算,构造了机器人末端执行器并联机构输出位姿误差与各误差源之间的对应关系。为将该并联机构用作中医推拿机器人的末端执行器,有效完成多种推拿动作提供重要保障。     

基于S[T]输出基和P/R输入基的混联立方机构

基于传统的串联机构单一运动副输出基灵活性和并联机构多运动副输出基稳定性的优点提出一种新型混联S[T]输出基,该输出基的球铰组成构件贯穿连接虎克铰后,仍以球铰组成构件作为输出构件,可以实现空间三维转动.通过在新型混联S[T]输出基两端增加由3个移动副P或/和转动副R的串联支链,并将机构布局在一空间立方体上,得到具有三维空间转动活动能力的3自由度机构构型27种,得到具有三维空间转动和一维空间移动活动能力的3种组合情形下的4自由度机构构型27种,得到具有三维空间转动和二维空间移动活动能力的3种组合情形的5自由度机构构型9种,得到具有三维空间转动和三维空间移动活动能力的6自由度机构构型1种,S[T]输出基和P/R输入基与立方体框架相结合,得到3,4,5少自由度空间混联立方机构构型63种,6自由度空间混联立方机构构型1种,所有64种机构构型的输入驱动数目均满足移动副数目少于或等于6,转动副数目少于或等于6,且任意一种构型中移动副和转动副的总数和为6.基于S[T]输出基和P/R输入基构建的空间混联立方机构进行混联机床的研究具有一定的理论意义与实用价值.     

并联机构支链误差耦合分析

针对并联机构误差耦合进行了分析研究.对一种3自由度并联机构进行分析,利用空间矢量链法建立误差模型,用数值法和解析法对机构进行正解计算,通过1阶摄动法将各支链不同误差代入误差模型中.虽然每条支链各部分的误差最终会累积到各个支链的末端,并且支链末端的误差也有各自的方向性,但最终体现在并联机构动平台中心处的误差并不是各支链各...     

含双驱动支链的2UPS-RPU并联机构加速度分析

首次采用建立海塞矩阵的Accelerator法进行了2UPS-RPU并联机构速度和加速度映射的推导。首先在串联运动链速度映射的基础上借助变分空间与力空间的对偶性质推导了并联机构的广义雅可比矩阵,并进行了各支链关节速率的求解;然后同样借助对偶性质并根据串联运动链末端刚体Accelerator的李括号形式推导了2UPS-RPU并联机构显式的海塞矩阵,并给出了各支链关节加速度的求解模型。最后给出了正向加速度分析的数值算例,为该并联机构的刚体动力学建模奠定了坚实的基础。     

一种两自由度并联机构位置分析与仿真

依据中医推拿中常用的滚法、按法、揉法、振法等手法的运动学及动力学特征,得出完成各推拿手法的运动输出矩阵和施力方向.采用串联机械臂与并联机构结合的方式实现推拿手法中五种运动.其中依据并联机器人型综合理论,以单开链支路为单元,提出了一种能实现空间一平移和一转动的两自由度并联机构.该机构由两条主动支链为P⊥R//R,两条辅助支链为P⊥R组成.对该并联机构进行了结构和位置分析,求出其运动学正反解的解释解.借助ADAMS软件进行动态仿真,检验了理论推导的正确性.采用串联式机械臂和并联机构结合的方式,不仅能完成中医推拿的五种手法,而且结构简单、位置分析求解容易,为机器人的控制提供理论依据.     

R(R■S&RP)&2-U■S并联机构位置精度可靠性建模与分析

为提高并联机构末端位置精度可靠性,确定各误差源对机构末端位置精度可靠性的影响规律,以R(R■S&RP)&2-U■S三自由度并联机构为对象开展位置精度可靠性建模与分析,该机构由一条串接一转动副的1T1R平面并联运动链和两条空间无约束主动支链组成,具有与著名Tricept机器人中UP&3-U■S并联机构相同的运动模式。建立考虑基本尺寸误差、杆长误差及关节间隙的位置精度模型,进而分别利用四阶矩法和蒙特卡洛法提出机构位置精度可靠性计算模型,算例表明采用四阶矩法计算可靠性与采用蒙特卡洛法结果很接近,但可大幅降低计算量。利用四阶矩法研究各误差源对机构位置精度可靠性的影响规律,结果表明杆长误差、关节间隙和方位是影响机构末端位置精度可靠性的关键因素,为R(R■S&RP)&2-U■S机构的制造和装配误差合理制定提供参考。     

Delta并联机构精度标定方法研究

以Delta并联机构为对象,研究一类含平行四边形支链的3自由度并联机构误差建模技术,所建模型可有效分离出影响末端姿态误差的几何误差源。在此基础上提出一种精度标定方法,该方法利用并联机构操作空间与关节空间非线性映射的性质,仅需检测末端沿z向的位置误差、以及在初始位形下的姿态误差便可识别出几何参数,并可通过修改系统输入实现末端位置误差补偿。给出算例以验证该方法的有效性。     

空间2自由度冗余驱动并联机构运动学性能分析

面向建筑机器人领域的高性能机械臂需求,提出了一种空间2旋转自由度的3-UPS&U冗余驱动并联机构。基于螺旋理论和修正的G-K公式对机构的整体自由度进行分析,确定了其围绕恰约束支链万向副旋转的运动特性。建立驱动参数与末端参数之间的映射关系,得到其工作空间模型。通过主驱动并联、从动约束串联的独立建模,构造了该并联机构完整的广义雅可比矩阵,进一步得到动平台末端中心点线速度与驱动关节速度之间的无量纲化雅可比矩阵,并据此建立了特定工作空间下机构的灵巧度、承载能力和刚度性能评价指标。最后结果表明,3-UPS&U冗余驱动并联机构进行较高频次上下摆动作业时,在约束支链所布置的对应转轴方向上,具有更佳的综合运动学性能,且能大大降低性能衰减的幅度。     

3-PRR平面并联机构精度分析

以三自由度平面PRR并联机器人为典型结构,对并联机构支链的分析人手,通过有效的数学推导,建立结构参数误差与输出位姿误差之间的关系,得出包含全部结构参数误差在内的误差正解模型,对于给定的各结构参数误差,应用此模型可直接得出并联机构输出位姿误差,并可以进一步定量分析各结构参数误差对输出误差的影响,为误差综合以及所采用的误差补偿措施等方面提供有力依据.     

考虑力补偿的2(3PUS+S)并联机器人主动关节同步控制

在并联机器人基于关节空间的控制中,运动控制精度不仅受结构误差及运动副摩擦的影响,由于闭链结构特点,还受主动支链的耦合及运动协调性的影响。以一种2(3PUS+S)并联机器人为研究对象,在前期误差及摩擦补偿研究的基础上,开展主动关节的同步控制研究。通过建立基于关节空间的动力学模型确定主动关节由于惯量耦合引起的耦合力,以主动支链间的运动协调性为约束定义同步误差,并基于增广PD控制理论设计主动关节的同步控制策略,在进行结构误差修正的基础上以前馈补偿方式对耦合力及摩擦力进行补偿,基于控制试验验证了所设计控制策略的有效性。提出的考虑力补偿的主动关节同步控制策略对于改善并联机器人的运动控制精度具有重要作用。     

制孔末端执行器同步控制与误差分析

基于并联机构的航空末端执行器在制孔的过程中,保证其运动控制精度是十分重要的,由于并联机构中存在多条运动支链,因此需要考虑它们的耦合关系和运动协调能力。以改进的3RRR并联机构作为研究对象,进行其驱动关节的同步控制研究。首先根据3个驱动关节转角建立动力学方程,并考虑到各个支链间存在耦合约束力,基于一种各个驱动关节同步控制器,将跟踪误差和同步误差的均方根作为性能指标,对改进3RRR并联机构进行控制实验。在实验中将增广比例微分（PD）控制器与驱动关节同步控制器进行对比,验证了驱动关节同步控制器的有效性,证明了考虑支链间协调性的控制器对改善并联机构的运动精度具有重要作用。     

基于串并联机构的自重构移动机器人

为验证具有大输出力矩和工作空间的可重构机构对提高移动机器人运动性能的有效性,设计一种基于串并联等效球铰机构的可对接自重构多模块移动机器人.利用丝杠摇块机构构成并联机构支链,两个支链并联然后与一个旋转机构串联构成主动等效球铰机构.所提出的等效球铰机构结合并联机构和串联机构的优点,能以紧凑的结构提供较大的输出力矩和工作空间.对该串并联机构进行运动学分析,获得运动学逆解,作为机器人控制算法依据.进行机构静力学分析,获得确定驱动力和负载条件下机构的可控工作空间,为结构设计和工作路径选择提供理论指导.提出能实现平面偏差补偿和大负载能力的对接机构,实现机器人模块间的对接和脱离.设计JL-1型机器人样机,并利用该样机进行试验.试验验证了所提出串并联主动等效球铰机构和对接机构的有效性,同时证明自重构功能赋予野外机器人主动扩展地形适应性的能力,从而有效地增强机器人对环境和任务的适应性.     

基于虚设运动副的并联机器人静态误差建模与标定

基于并联机器人影响系数和虚位移原理,以一般空间并联机器人为例,通过虚设运动副,提出一种并联机器人静态误差建模与分析的通用新方法。该方法用于确定各个原始加工装配误差源对并联机器人末端位姿的独立影响,具有物理意义明确、建模分析便捷等优势。在此基础上,基于虚设运动副建立了3-P(4S)并联机器人各误差映射矩阵,并对该机器人开展了静态误差标定实验研究。实验结果表明,基于该方法标定后,3-P(4S)并联机器人输出定位误差最大值由0.585mm减小到0.142mm,标定后机器人定位精度明显提高,从而验证了该方法的有效性。     

少自由度并联机器人机构的静力分析

与6自由度并联机器人不同,少自由度并联机器人机构的支链不仅传递驱动力,同时还要向末端提供约束力,然而在对此类机构进行静力分析时,现有的研究都忽略了约束力的传递特性。为此,以微分流形理论为基础,分析指出少自由度并联机器人末端的完整力空间应包括驱动力子空间和约束力子空间,并以此为基础,利用虚功原理,给出一种建立此类机构输入与输出广义力间完整映射的方法。此完整力映射包括驱动力映射矩阵和约束力映射矩阵。通过计算这两个矩阵的条件数,可以分别分析此类机构驱动力和约束力的传递特性。该分析方法的物理意义和数学理论相统一,且概念清晰,便于深入理解少自由度并联机构静力传递的特性。最后,以3-UPU并联机器人机构为例进行实例分析。     

4自由度混联机器人静刚度分析

研究一种新型混联机器人模块-Bicept的半解析刚度建模方法。该模块由一含恰约束支链的2自由度平面并联机构和一与动平台末端串接的2自由度转头构成,是Tricept机器人的一种二维形式,具有制造成本低,工作空间大的特点,配以长行程导轨,可用于飞机壁板数字化自动制孔等场合。在完成2自由度并联机构位置逆解分析和变形分析基础之上,基于全变形雅可比矩阵建立该机构的静刚度半解析模型。建模中考虑了所有支链构件及铰链的弹性贡献,并侧重研究其恰约束支链弯曲刚度的精确建模问题。通过算例获得Bicept机器人面内静刚度在工作空间中的分布规律,并通过ANSYS有限元分析软件验证了计算结果的正确性。     

基于李群理论的并联码垛机器人构型综合

码垛机器人是一种用于生产线上物料堆垛与机床上下料的机器人,现有的码垛机器人多采用串联结构,而串联结构又具有误差累计大、刚度差、精度差等缺点。并联机构是一种动静平台通过多条支链联接而成的机构,具有刚度大、误差累积小、负载能力强等优点,将并联机构引入码垛机器人领域有望解决现有的串联码垛机械手的误差累积大、刚度差等问题。而现有的并联机构还未成熟,尤其是可用于码垛行业的构型明显不足。采用李群理论进行了并联码垛机器人的构型综合,获得了多种能满足搬运码垛任务的并联机构。     

BP神经网络补偿并联机器人定位误差

为减小机构末端定位误差,提高机器人运动精度,分析了所开发的6-DOF精密并联机器人末端位姿的误差来源及以往误差补偿方法的局限性。通过实际测量末端位姿,在精密定位的局部工作空间内,提出了基于BP神经网络的机器人关节空间误差补偿方法。确定了BP神经网络模型,建立了误差补偿的数据样本,并对数据样本进行了标准化,通过实验对比的方法确定了隐层神经元的个数,同时对网络的推广能力进行了验证。经过误差补偿,6-DOF精密并联机器人的平移定位误差下降了80%,转角定位误差下降了60%。该实验结果表明,基于BP神经网络的误差补偿方法对机器人局部工作空间的补偿具有明显的效果,满足精密并联机器人工作的精度要求。