一种6自由度混联机器人静刚度分析

针对焊接、切割、打磨、抛光等轻型加工需求,提出一种由面对称3-UPU并联机构及3自由度转头组成的6自由度混联机器人,侧重研究其中并联机构刚度的半解析建模与全域快速预估问题。从分析系统的力旋量系和变形协调条件入手,构造出计及所有支链构件及铰链弹性贡献的半解析静刚度模型。通过算例揭示整机静刚度在任务空间中随位形的变化规律,并借助ANSYS有限元分析软件在典型位形验证了所建模型的正确性。     

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。     

2RPU/UPR+RP五自由度混联机器人参数标定研究

为了提高2RPU/UPR+RP过约束混联机器人在实际运用中的精度,达到生产实践的需求,对该机器人进行误差补偿研究。首先介绍了过约束混联机器人的运动原理,随后分析影响混联机器人末端精度的各项几何误差的来源,并对提高混联机器人精度的零点标定与全标定方法进行介绍。将混联机器人分为并联机构和单摆头两部分,分别对两部分进行零点标定和全标定理论研究,然后基于激光跟踪仪搭建了标定实验系统,得到了标定后的误差参数的真实值,补偿到运动学算法中。实验结果表明,本文提出的全标定和零点标定方法可以有效提高混联机器人的定位精度。     

基于螺旋理论和自由度分配的混联机器人构型综合

合理的混联机构设计结合了串联机构和并联机构的优点,但是混联机构构型是机构设计中的难点。针对这一问题,提出一种基于螺旋理论和自由度分配原理的混联机器人构型综合方法,并通过四自由度混联机器人构型过程对该方法进行了验证。通过螺旋支链法完成并联机构构型,得到二、三自由度并联机构;根据自由度分配的原理,结合期望自由度对自由度进行分配,并进行四自由度混联机器人构型综合,得到了一系列四自由度混联机器人构型。     

混联式机床的并联机构刚度解析

了混联式机床中的3－RPS并联机构刚度的边界元解析方法。采用关节合成的方法对并联杆系机构的机械结构系统进行静力学建模;将构件作为柔性体,利用边界元法对并联机构的静力学特性进行了。得出了3－RPS并联机构各分支的受力状态及系统的刚度。     

混联机器人的分析与研究

串联机器人需在各关节上设置驱动装置,故各动臂的运动惯量较大,因而不宜实现高速或超高速操作。混联机构兼有并联机构刚度大和串联机构工作空间大的优点 混联机器人的研究关键是构造新型少自由度并联机构。新型并联双自由度转动关节（RGRR-1）可以实现运动解耦 其活动构件少,仅有3个活动构件 工作空间大,可以实现绕固定坐标系Z轴的摆动,幅度为-90°—90°,以及绕摆动轴X1轴的360°的转动 与串联双自由度转动关节相比,具有刚度好的优点。利用RGRR-1构造的混联机器人,具有刚度高、结构紧凑、工作空间大、制造容易等优点。     

一种所有转轴均连续的五自由度混联机器人机构

根据两转一移并联机构两转动自由度转轴的分布,提出构造五自由度混联机器人机构构型的新思路,基于2-RPU&UPR并联机构构造一种新型五轴混联机器人机构。建立2-RPU&UPR并联机构的位置正反解模型,由于该并联部分存在两条连续转轴,可将其等效成一个三自由度串联机构RPR,进而将整个混联机器人机构等效为一个四自由度串联机构RPRR和一个移动平台的组合进行分析,根据这两部分位姿之间的解耦性,建立了混联机器人完整的位置正反解模型,并用加工球面轨迹的算例验证了所建运动学模型的正确性。提出的5自由度混联机器人所有转动自由度均具有连续转轴,能够得到解析的位置模型表达式,能够很容易实现轨迹规划与运动控制,具有良好的应用前景。     

基于自由度分配和方位特征集的混联机器人机型设计方法及应用

混联机器人机构兼有并联机构刚度好、定位精确及串联机构工作空间大、控制解耦性好等两方面的综合性能及优点,其设计的关键是基于操作器方位特征集的串(并)联自由度数目和顺序分配、组合方式及新型少自由度并联机构模块的构造及其性能评价.提出基于自由度分配和方位特征集的混联机器人机型设计方法,提出单点作业、多点协同作业二类混联机器人的定义、符号表示方法并分析其优缺点;给出按这二类作业方式设计3～5自由度混联机器人分别可能构造出的全部结构组合方案、设计原则和步骤;据此,创新设计出多种新颖结构的混联机器人机构实例,并研制单喷枪、三喷枪协同二款五轴混联高速喷涂机器人,比较这二种结构的性能优劣.研究为混联机器人机构的机型设计提供了一种一般性方法,为复杂先进装备的创新研制提供了机构设计的基础.     

基于RGRR-Ⅰ并联双自由度转动机构的混联五轴机床研究

传统的串联式数控机床存在刚度低的缺点.并联双自由度转动机构RGRR-Ⅰ刚度高,且有着工作空间/机构尺寸比大、耦合为零、制造容易等一系列的优点.运用RGRR-Ⅰ构造的并联双自由度转动刀头摆动精度高、工作空间大.基于混联五轴联动车床的工作要求,研究能实现绕xyz三个直线运动坐标移动,两个运动轴坐标回转的混联五轴联动机床,分析其工作机理,建立有关模型.该研究也可为其他混联机床的设计与制造提供借鉴.     

一种少自由度并联机构静刚度研究

并联机构,尤其是用于机加工的并联机床都需要很高的刚度要求,因此建立其刚度模型就显得尤为重要。现有的刚度建模方法多是基于集中刚度模型,但是该方法的物理意义不够明确。基于螺旋理论建立了一种少自由度并联机构的刚度模型,该方法将驱动刚度和约束刚度区别对待,物理意义明确。通过计算并联机构空间自由度,并利用螺旋方程的反螺旋解法,得出并联机构的运动雅可比矩阵和约束雅可比矩阵,经组合得到少自由度并联机构的完全雅可比矩阵,从而建立了其静刚度模型。建立的静刚度模型可以作为少自由度并联机构的性能评价指标,同时又可以为分析其他过约束的少自由度并联机构提供理论支持。     

四自由度混联天线机构运动特性分析

天线构型设计和运动特性分析是保障天线系统实现轨迹追踪任务的前提。基于3RSR并联机构构造3-R(RRR)R+R混联天线机构,并对混联天线机构结构进行描述,利用螺旋理论分析混联天线机构自由度数目和性质;用指数积公式表示混联天线机构各杆件位姿,建立混联天线机构运动学模型,得到混联天线机构各个杆件的速度螺旋矩阵;通过MATLAB软件仿真得到混联天线机构方位和俯仰运动轨迹,通过ADAMS软件仿真对理论求解得到的混联天线机构运动学参数进行验证。最后基于混联天线机构原理样机进行运动特性实验。     

Exechon混联机器人的三自由度并联机构模块位置分析

以一种组成五自由度混联机器人Exechon的三自由度并联机构模块2-UPRSPR为研究对象,利用解析法对其位置正/逆解进行分析。针对位置正解,得到了只含一个未知量的24阶多项式方程,给出了该机构位置正解的所有可能解的解析表达式,对于位置逆解,得到了其显式表达。算例表明,由正解方程得到的8个实数解对应4组镜像位形,逆解方程存在2个实数解,对应2种位形,从而得到该机构位置正/逆解的全部解析解。     

2PRS-2PSS并联机构的设计与运动学分析

设计出一种两移动两转动的四自由度2PRS-2PSS并联机构。以该机构的4条分支运动链的主动移动副轴线与静平台的夹角为变量。首先根据方位特征集理论分析了该并联机构的运动输出特性;再基于矢量法对其运动学进行分析,推导出机构的位置和姿态的正解、逆解,进而推导出其速度和加速度方程;然后基于机构雅可比矩阵的奇异性,详细讨论了机构可能存在的奇异位形;最后,通过算例仿真验证了理论分析的正确性。     

柔索牵引并联机构的静刚度分析

对柔索牵引并联机构的静刚度进行分析,推导静刚度的一般理论计算公式。结果表明,柔索牵引并联机构的静刚度矩阵可分解为两项:k1是动平台位姿变化产生的静刚度,与索张力相关;k2是索的位形变化产生的静刚度。柔索牵引的完全约束定位机构(Completely restrained positioning mechanism,CRPM)或过约束定位机构(Redundantly restrained positioning mechanism,RRPM),其静刚度主要取决于k2,仅与索的弹性性能和索力作用的雅可比矩阵相关,而与索张力的大小无关。对于柔索牵引的欠约束定位机构(Incompletely restrained positioning mechanism,IRPM),由于柔索悬链线的影响,其静刚度不仅与索的弹性性能和雅可比矩阵相关,而且与索张力的大小有关。通过一平面3自由度RRPM的算例和代表IRPM的500m口径球面射电望远镜馈源悬索支撑系统的静刚度比较分析,证明了关于静刚度理论计算模型的有效性。     

考虑构件弹性变形的锻造操作机静刚度分析

在综合考虑液压刚度和构件弹性变形情况下,对操作机末端静刚度进行了分析。该分析方法主要通过把操作机主运动机构在受到载荷情况下产生的弹性变形分解为驱动液压缸的位移和构件的弹性变形,分别考虑两部分对末端刚度的贡献,其中着重解决了多副杆弹性变形对末端刚度的影响,最后借助线性叠加原理得到整机末端刚度模型,从而为机构刚度分析提供了新的思路,为锻造操作机的应用和设计提供了有力的依据。     

一种打磨机械臂的静刚度建模与实验

设计出一种采用(U+UPS)P+UPS并联机构的打磨3-DOF机械臂。运用子结构拆分和叠加思想,将机械臂手腕的位姿变形因素拆分为只考虑各支链拉/压变形、只考虑UP支链扭转变形、只考虑UP支链弯曲变形3个主要影响因素。通过基于矢量回路的虚功原理和结构矩阵建立3个主要影响因素的刚度模型,并根据各支链的结构特点定义了支链内各部件变形系数。通过叠加原理将各影响因素的刚度模型叠加整合为机械臂的整体刚度模型。研制出机械臂的实验样机本体,采用一套高精度机器人刚度实验系统对机械臂实验样机进行了刚度标定。实验结果表明：机械臂实验样机的位置变形实测值与理论值之间偏差均小于3μm,姿态变形实测值与理论值之间偏差均小于0.05°,机械臂实验样机的变形均在合理范围之内。     

新型三平移一转动并联机构及运动学分析

根据并联机器人机构结构综合理论，以单开链支路为单元，提出了一种能实现空间三维移动和一维转动的四自由度并联机构。分析了该机构的运动特性，运用连杆DH矩阵，探讨了具有5R支链的建模方法，给出了机构位置反解的数学模型，并在ADAMS虚拟样机软件及MATLAB数学计算软件上进行了数值验证。这种机构具有4个自由度运动特性，在结构上具有较好的对称性，且支链结构可进行模块化组装，有较好的应用前案。为机构建立的反解模型较简单，数值验算证明是正确的。机构的运动学反解模型为该机构作进一步的运动学动力学及优化设计研究打下基础，并为系统控制提供了理论依据。     

3-RRR 3自由度球面并联机构静刚度分析

3自由度球面并联机构是重要的少自由度机构之一,各支链的构件为球面上的弧杆,其刚度计算十分复杂.基于此,采用计算杆件变形的方法,利用小变形叠加原理,推得机构动平台的角位移、球心点线位移与各支链两构件上力的关系.利用机构静力学分析的结果,即支链两构件上的力与动平台上的外力关系,建立机构动平台、球心点位移与外力的关系.进而得到机构的整体柔度、刚度矩阵.采用正交变换方法,得到机构的6个主刚度指标,最大、最小刚度及所在的方向.研究结果表明,机构的主刚度及主方向随着机构运动位姿的变化而变化,远离零点逐渐增大,其中3个主刚度(即扭转刚度)较大,另3个主刚度(线位移刚度)较小,两者差距巨大.研究成果为该机构的工程设计和应用提供了理论基础.     

IC芯片粘片机并联焊头机构的静刚度分析

针对所设计的IC芯片粘片机的并联焊头机构,建立了机构的静刚度模型。使用M atlab软件绘出了机构在整个工作区间的静刚度特性曲线,并对左右驱动部分和连杆的刚度对其影响进行了分析。根据这些曲线,说明所设计的并联焊头机构能满足IC芯片粘片机的工作要求。