多自由度超声电机构建腕关节结构关键问题的研究

这里分别从杆式多自由度超声电机振子的动力学特性设计方法、定转子之间的预压力加载以及确保电机球形转子在关节结构中三自由度运动的结构形式设计等三个方面对基于杆式多自由度超声电机构建机器人腕关节结构进行了相关的研究。针对当前在杆式多自由度超声电机振子的动力学特性设计方法上的不足,提出了在有限元模型中应考虑接触和螺栓预紧力在振子动力学特性中的影响因素,并通过实验验证了该方法的正确性,在腕关节的结构设计方面,通过增设转向环及其转轴与球形转子转轴的垂直交叉布置,巧妙的实现了关节三自由度的运动及电机定、转子之间的预压力的加载、可调。该结构简单、轻巧灵便,对机器人的微型化、轻量化具有积极的意义。     

基于旋量理论的RRRP机器人正运动学分析研究

对机器人正运动学的分析研究是实现控制和轨迹规划的基础。介绍了旋量理论,基于李群李代数和旋量理论建立了RRRP机器人的运动学模型;根据指数积公式进行了机器人运动学正解分析并建立了运动学方程,对比D-H参数法具有更为明确的几何意义和简洁性;利用ADAMS软件进行了运动学仿真,直观的显示了机器人的运动规律,且运动学正解方程得到的结果与仿真数据之间的误差不超过0.05。结果表明:由旋量理论和指数积公式建立的机器人运动学方程的正确性,以及旋量理论应用于类似刚体系统运动学分析的可行性。     

基于旋量理论的RRRP机器人逆运动学分析研究

对机器人逆运动学的分析研究是实现控制和轨迹规划的基础。介绍了旋量理论和逆运动学指数积公式;基于旋量理论和指数积公式进行了机器人逆运动学子问题的分析;最后,根据机器人的结构特点,建立了RRRP机器人的逆运动学模型,将整体逆运动学问题的求解划归为相应子问题的求解,得到了给定末端工具位姿条件下关节变量的表达式。整个过程显示了旋量理论在逆运动学分析中对比D-H参数法的优越性和简洁性,为类似运动学乃至动力学的分析求解提供了新的思路。     

三自由度仿生肩关节动力学建模与仿真控制分析

根据人体肩关节运动特性,提出了一种由气动人工肌肉(PMAs)驱动的解耦型并联肩关节。应用螺旋理论对三自由度并联机构进行了自由度分析。基于并联机构反解易求的特性,建立了机构的运动学模型,并利用拉格朗日法建立了机构的动力学模型。通过仿真控制实验,使用计算力矩法能较好控制三自由度并联机构的运动,同时也验证了动力学模型的正确性。     

基于旋量理论的五自由度焊接机器人正运动学分析研究

基于旋量理论的运动学分析方法比采用传统的D-H法更加简化,以五自由度焊接机器人为研究对象,利用旋量理论建立五自由度焊接机器人的理论模型,通过Solidworks建立焊接机器人的虚拟样机,导入虚拟仿真软件ADAMS进行运动学分析。结果表明,ADAMS仿真能直观表达工业机器人的运动规律,同时能验证旋量理论建立的运动方程的正确性和可行性,为后续建立动力学方程、进行运动规划提供了理论基础和新方法。     

七自由度双臂机器人旋量理论正向运动学与工作空间分析

机器人关节空间与工作空间的关系是通过正向运动学方程建立的,正向运动学分析是实现轨迹规划和控制的关键。介绍了比D-H参数法计算简单、描述全面的旋量理论法,应用指数积公式分别对七自由度和六自由度双臂机器人的单臂进行运动学分析并建立正向运动学方程。利用ADAMS进行运动仿真,对比发现:仿真结果与通过正向运动学方程求解的数据接近,误差不超过3 mm,验证了结合旋量理论建立的正向运动学方程的正确性;利用MATLAB软件进行工作空间分析,通过工作空间云图对比,得出七自由度双臂机器人有着更大的工作空间,表明拥有肩部关节的七自由度双臂机器人具有更好的运动学性能。     

三自由度并联姿态测量机构及其运动学参数最优化设计

提出了基于并联结构的三自由度姿态测量机构，将其连接到三自由度串联结构位置测量装置末端可以实现对被测物体六自由度位姿的综合测量。该测量机构克服了并联机构运动学正解的困难，得到运动平台姿态坐标参数的显式解。建立了基于全微分理论的姿态测量机构坐标参数误差模型，实现机构运动学参数的优化设计。误差因子分析使得机构运动学参数设计更为合理。     

多自由度球形超声电机的发展和应用

综述了国内外多自由度球形超声电机的研究现状及其应用场合,详细介绍了国内外目前已经发展的几种多自由度球形超声电机的结构、原理、性能和特点,针对原有的圆柱－球体三自由度球形超声电机的一些缺点提出了改进的结构方案,并指明了它在今后研究中需要解决的关键技术及其应用前景。     

一种三自由度串并联结构旋转台的动力学分析

对三自由度旋转台进行了动力学分析。该旋转台只有3个方向的转动自由度,由二自由度球面并联机构和串联在其上的旋转电机构成。根据旋转台的几何和运动特性建立了系统的输入输出速度方程,得出了速度Jacobian矩阵和动能方程。利用拉格朗日法和虚功原理,建立了系统的动力学模型,解决了特定外载荷和速度、加速度条件下如何求解驱动力矩的问题。给出了动力学的仿真运算实例,讨论了在匀速和匀加速情况下,二自由度球面并联机构驱动力矩的变化。最后根据动力学方程,得出了串联在二自由度球面并联机构上的第三个自由度的力矩与输出转角的运动学方程。     

一种新型太阳跟踪装置机构的运动学仿真

提出基于三自由度并联球面机构的新型太阳跟踪系统,并对机构进行运动学分析,给出其位姿和速度反解。在此 基础上,应用机械系统动力学分析软件ADAMS建立该新型太阳跟踪装置的虚拟样机,实现对太阳运动的跟踪,完成该 装置的运动学仿真,得出各电动机的运动参数,验证了机构的可行性。     

旋量理论概述

从力学角度对旋量的概念、基本要素和类型进行了系统阐述。从刚体力学理论导出了运动学旋量和动力学旋量的形式,重点分析旋量的力学意义。分析了旋量相对于机构学其它研究方法的优点,并介绍了旋量在机构自由度计算、机器人运动学、动力学方面的应用。对旋量理论在串、并联机器人领域的研究现状和发展趋势进行了综述。     

新型六自由度冗余混联机床运动学模型

提出了一种以新型三自由度冗余驱动并联机构4-PRP作为定位模块,串联上三自由度并联机构3-UPSPU来共同实现六自由度运动的新型混联机床的机构设计方案。首先,运用螺旋理论分析了该机床实现3T3R运动原理,计算出该机构的自由度。然后,利用解析矢量法及几何关系建立机构位置逆解方程,运用影响系数法建立了一阶运动影响系数矩阵—Jacobian矩阵和二阶影响系数矩阵—Hessian矩阵,建立了完整的运动学模型。最后,应用MATLAB对逆解方程进行求解并利用ADAMS对求解结果进行仿真验证,验证了运动学模型的正确性及机构的可行性。     

高速列车驱动装置振动环境模拟台的设计分析

为模拟高速列车驱动装置的多轴随机振动环境,提出一种能沉浮、侧滚、横摆三自由度振动模拟的三自由度电液振动环境模拟台的设计方案.通过建立振动环境模拟台运动学反解模型,并基于adams软件建立动力学仿真模型,对振动环境模拟台的附加运动及逆向动力学进行分析,最后根据振动环境模拟台的无阻尼动力学方程对系统不同姿态下的固有频率进行分析。分析结果表明:该振动环境模拟台运动精度和固有频率能够满足试验要求,为各作动器选型、拉杆及振动梁优化设计提供依据。     

腕功能康复机器人的设计与分析

脑卒中和脑外伤带来的偏瘫等后遗症给患者生活与工作带来巨大的不便。腕部是人们日常工作生活的重要器官,针对具有腕功能障碍的患者,设计了一款外骨骼式三自由度便携腕部康复机器人。该机器人具有掌屈/背屈、内翻/外翻、内收/外收三个自由度,采用Maxon电机驱动。能够带动患者手腕进行三自由度运动,从而使患者进行有效的康复训练。传统的腕部康复机器人体积质量大、价格贵、局限于医院使用。该设备具有同时具备三个自由度、结构紧凑、体积小重量轻、便于携带等优点,患者可在包括家庭内的多种环境下使用。利用UG软件对设备进行了运动学仿真与分析,证明了其可行性,并对设备进行病人实验论证其可行性。     

波浪补偿舷梯运动学与动力学分析

为了分析波浪补偿舷梯的运动学和动力学,在运动学中,用三自由度的舷梯作为参考,其机械臂为串联机构,运动学的建模以D-H参数法为核心方法,对运动学进行正向求解和反向求解。使用Matlab中的机器人组件Robotics Toolbox建立模型,对舷梯的运动范围进行验证。动力学采用牛顿-欧拉法对其力与力矩求解,用迭代法对舷梯补偿运动中俯仰关节和伸缩关节产生的力和力矩进行动力学分析。     

SMA 微型机器人的结构设计与分析

使用所研制的推挽式直线位移型和转动关节型ＳＭＡ驱动器代替传统的伺服驱动系统，研制了一台三自由度（两个旋转自由度和一个直线自由度）且带末端夹持器的微型平面关节机器人。本文将介绍微型机器人的结构设计，分析其机构运动及主要特性指标，并进行结构的强度校核验算，再对微型机器人进行运动学和动力学分析。     

仿橡胶多自由度弹性阻尼减振装置研究

橡胶具有多自由度弹性阻尼减振特性,但容易老化而失去弹性,首次提出采用多自由度并联机构作为基体辅以稀土永磁及浮动弹性阻尼系统,组合成多自由度弹性阻尼减振装置,模拟橡胶,较好地解决了多自由度的减振问题。以救护车用担架支架三维隔振装置为例分析其隔振要求,采用三自由度并联机构组合弹性阻尼减振装置,介绍其结构及有关参数的设计方法。它与动态模拟及试验结果一致,说明其分析方法是正确的。可推广到其他要求多维减振的设备上,因此对它研究具有理论意义及普遍意义。     

基于力觉交互装置的重力补偿方法研究

全胸腔镜手术具有四个自由度操作,基于此设计出了具有五个关节的力觉交互装置进行虚拟手术研究。为提高系统逼真感,考虑到装置操作杆自重的影响,需要对该装置进行重力补偿。首先需要对系统进行力学分析,本文基于旋量理论,导出了该装置的运动学形式及运动空间;基于变换矩阵,导出该装置的静力学形式;最后通过驱动电机输出补偿力进行了装置的重力补偿并加以仿真验证。     

基于球副的三自由度踝关节辅助康复装置逆运动学建模分析

为实现踝关节辅助康复,开发了一种基于球副的三自由度踝关节辅助康复装置。该装置采用中心球副作为支撑,3个S'PS'支链进行驱动,可形成工作平台的三维运动,能实现踝关节背屈/跖屈运动、内翻/外翻运动以及内收/外展运动。在介绍该仿生踝关节辅助康复装置结构的基础上,对其进行了逆运动学建模分析。针对系统可以实现的多种运动模式,分别进行建模分析,给出了相关计算公式,并采用Matlab软件绘制了工作平台运动转角与驱动电机转角的关系图线。研究过程为同类结构的机构分析提供了参考。     

基于POE和CSSA的冗余机械臂逆运动学求解方法

为提高7自由度冗余机械臂逆运动学求解精度,提出一种基于旋量指数积和混沌麻雀搜索算法的逆运动学求解方法。对一种7自由度仿人机械手臂建模,采用旋量指数积公式法建立机械臂正运动学方程并在MATLAB中进行验证。根据机械臂位置矢量和接近矢量构建适应度函数,利用混沌麻雀搜索算法求解冗余机械臂的逆解。在MATLAB软件中编写逆解算法程序,将求得的关节值代入所建立的正运动学模型,计算冗余机械臂末端期望位姿与实际位姿的误差。