基于支链的并联机构位置分析及工作空间分析

目前在分析并联机构的位置与工作空间时,仍是直接对整个机构进行分析,存在过程复杂且无通用性的问题。为解决此问题,从构成并联机构的基本单元(支链)的角度出发,研究了并联机构位置分析与工作空间分析的解析方法。在位置分析方面,依据并联机构所具有的自由度,选择合适的支链并确定驱动副,先建立各驱动副所在支链的位置反解方程,进而得到并联机构的位置反解方程组,再依据并联机构的结构特点,进行位置正解的解析解分析。在工作空间分析方面,首先对位置反解方程组进行形式变换,输入影响因素并利用解析法建立各支链位置工作空间的边界方程,然后对所有支链的位置工作空间求交集,得到并联机构的位置工作空间,最后对并联机构各位置工作空间求并集,得到并联机构的全局工作空间。以3-RPS并联机构为例进行了位置与工作空间的分析与验证,证明了从支链角度进行并联机构位置分析与工作空间分析的方法的正确性和可行性。     

一种2自由度平面并联机器人的精度分析

以一种2自由度平面并联机器人机构为对象,分析了该并联机器人机构的误差源,首先利用图解法得到该平面并联机器人机构的可达工作空间和有效工作空间,再利用环路增量法和误差分离技术导出了末端位置误差与误差源之间的映射关系,因而为其在工作空间内的位姿误差建立了数学模型,给出了这个平面并联机器人机构位姿误差的计算方法,从而对其进行精度分析,最后借助于搜索法得到了其在有效工作空间内的误差分布图像.     

六自由度微动并联机器人工作空间分析

以实际研制的微动并联机器人为研究对象,对其工作空间进行了分析。首先给出了微动并联机器人的机构组成及工作原理,依据本身结构特点,分析了影响工作空间的约束条件。为了得到机器人带有倾斜调整能力的工作空间,采用合适的欧拉角表达运动平台的姿态,给出了运动学逆解的求解方法,并在此基础上利用数值法通过空间扫描边界点的方式获得了机器人定姿态工作空间和灵活姿态角为700μrad工作空间。该分析方法对微动并联机器人设计及性能评价具有重要意义。     

基于并联机构的加工机的工作空间仿真研究

介绍一种基于 6 PSS (P代表移动副 ,S代表球面副 )并联机构的并联加工机工作空间三维仿真新方法———数值分析法 .该法把对工作空间的研究转化成为对一系列剖面内边界点的研究 ,即在某一剖面内采用极坐标表示法 ,其极径上的最远点必满足某个约束条件 (如最大位移约束、最小位移约束或球铰副最大摆角约束 ) ,而这些约束条件中至少有一个不等式可以转化为等式 .用约束不等式转化为等式的方法分别求满足等式条件的极径值 .该仿真方法大大简化了工作空间的计算 .利用该方法对并联加工机工作空间的各个截面进行了分析 ,为该加工机的结构设计提供了理论依据     

3PRS-f并联机器人工作空间的建模与仿真

并联机器人工作空间的求解是一个比较复杂的问题.以3PRS-f并联机器人为研究对象,分析影响其工作空间的约束条件,得出了末端执行点与动平台中心的关系,并基于3PRS并联机构的运动学反解方程,提出一种空间点的搜索方式,建立工作空间的求取模型,然后用Matlab软件进行仿真.     

一种新型五轴并串联机床的工作空间分析

针对6自由度Stewart型并联机床工作空间小的问题,提出一种新型5自由度并串联机床,该机床由一个2-TPR/2-TPS空间四自由度并联机构串联一个可转动的部件组成,具有空间三维移动和两维转动5个自由度.介绍了该机床的结构布局特点,用解析法推导了位置反解方程和输出参数间的解耦关系.采用数值分析的方法生成了该机床的工作空间,分析了结构参数的变化对工作空间的影响.分析的结果表明,该机床机床结构简单,其工作空间较Stewart型并联机床工作空间大,能够完成对具有空间复杂曲面的工件的加工.同时也为该机床的进一步设计和研究提供了理论依据.     

3-P//R⊥4r⊥R新型三维平移并联机构的工作空间及奇异性分析

主要分析了3-P//R⊥4r⊥R新型三维平移并联机器人机构的工作空间及奇异性,提出一种基于并联机构运动学逆解的并联机构工作空间极限边界数值搜索算法,给出了相应的计算框图,并得到了并联机构工作空间的形状。研究表明该机构具有较好的工作空间且在有效的工作空间内不产生奇异,是一种理想的三平移可选机型。     

无奇异3UPS+1RPU新型并联机构

为消除并联机构奇异性,研究一种约束支链法构成的新型并联机构.通过在3个UPS支链基础上添加1个RPU约束支链构成一种2转动2移动4自由度并联机构,采用矢量法和虚功原理对机构的运动学、静力学进行分析,得到机构的位置逆解、完整雅可比矩阵及静力映射矩阵;利用矩阵原理对雅可比矩阵进行分析,雅可比矩阵的秩反映了机构的奇异情况,推得约束支链对机构产生奇异性的影响结果.提出3UPS+1RPU并联机构消除机构奇异性的条件,进一步推广得到此条件同样适用于由约束支链法构成的其他非对称并联机构.结果表明,该研究方法为并联机构的奇异性消除提供了一种新途径.     

2UPR/UPS/UP并联机构的动力学建模与仿真

以一种具有空间三自由度的2UPR/UPS/UP冗余并联机构为研究对象,根据机构的约束条件建立各支链的闭环约束矢量方程,求得机构的位置反解并得到雅可比矩阵.根据运动学分析,得到3个驱动支链的变化规律,方便实现对机构的位姿控制.在此基础上,利用虚功原理对机构的动力学进行分析,建立该机构的动力学模型.最后,在典型工况下对机构的运动学和动力学分别进行Matlab算例仿真与Adams样机仿真,通过对比仿真结果验证运动学和动力学模型的正确性.该方法为并联机构的设计和控制奠定理论基础,同时适用于类似机构的研究与分析.     

3-P／／R⊥4⊥R新型三维平移并联机构的工作空间及奇异性分析

主要分析了3-P／／R⊥4⊥R新型三维平移并联机器人机构的工作空间及奇异性。提出一种基于并联机构运动学逆解的并联机构工作空间极限边界数值搜索算法，给出了相应的计算框图，并得到了并联机构工作空间的形状。研究表明该机构具有较好的工作空间且在有效的工作空间内不产生奇异，是一种理想的三平移可选机型。     

一种新型3-UPS并联机构及其工作空间分析

设计了一种新型3分支6自由度3-UPS并联机构,建立了该机构的运动学反解模型,给出机构主要约束,应用三维极坐标边界搜索方法绘制出在定姿态工作空间截面图和边界三维实体图,分析了机构参数对工作空间体积大小的影响规律,为机构参数的选取提供了依据。该并联机构工作空间大、连续性好,适合作为机器人步行器的腿结构。     

新型码垛机器人工作空间及影响系数分析

针对一种新型码垛机器人,利用D-H方法建立了其运动学模型,然后利用数值方法在考虑各参数边界条件的基础上对其运动学方程进行求解,得到了机器人工作空间的三维图和二维截面图。在此基础上,提出并定义了机器人工作空间影响系数,进一步求得了机器人杆长和转角参数对其工作空间的影响系数曲线,定量分析了机器人两个结构参数的变化对工作空间的影响,从运动学角度为机器人结构优化和设计提供了依据。     

一种3-RPS并联平台机构偏转能力的分析

基于3-RPS并联机构的位置反解,在考虑杆长、运动副转角及杆间干涉等约束的情况下,利用搜索法求得了机构动平台相对于定平台运动的姿态工作空间（即偏转能力）,研究了动平台姿态工作空间与垂直于定平台的向移动位置空间的关系,并分析了机构主要结构参数对动平台偏转能力的影响。     

Determination of the workspace of a new coordinate-measuring machine using parallel-link mechanism

0　ＩＮＴＲＯＤＵＣＴＩＯＮＡｎａｃｃｕｒａｔｅｃｏｏｒｄｉｎａｔｅ ｍｅａｓｕｒｉｎｇｍａｃｈｉｎｅ (ＣＭＭ )ｉｓａｎｉｍｐｏｒｔａｎｔｔｏｏｌｔｏｍｅａｓｕｒｅｓｐａｔｉａｌｃｏｏｒｄｉｎａｔｅｓ .Ｉｔｉｓａｔｙｐｅｏｆｈｉｇｈｐｒｅｃｉｓｉｏｎａｎｄｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｅｑｕｉｐ ｍｅｎｔｔｈａｔｅｎｃｏｍｐａｓｓｅｓｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ,ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ,ｏｐｔｉｃａｌ,ｎｕｍｅｒｉｃａｌｃｏｎｔｒｏｌａｎｄｃｏｍｐｕｔｅｒｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ .Ｉｔｉｓｉｎｄ…     

Type Synthesis of fully-Decoupled 2T2R Parallel Mechanisms Based on Driven-Chain Principle

Based on the screw theory and the driven-chain principle, a methodology of structural synthesis for fully-decoupled two-translational (2T) and two-rotational (2R) parallel mechanism is proposed by analyzing the characteristics of the input-output relations for fully-decoupled parallel mechanisms. Firstly, according to the desired kinematic characteristics of fully-decoupled parallel mechanisms, a method is proposed by virtue of screw theory to synthesize the desired forms for both the direct and the inverse Jacobian matrices. Secondly, according to the feature of the direct and the inverse Jacobian matrices, the effective screws, the actuated screws and the mobile un-actuated screws of each leg are established based on the reciprocal screw theory and all possible topology structures fulfilling the requirements are obtained. Finally, the desired fully-decoupled parallel mechanisms can be synthesized by using the structural synthesis rule and structural synthesis of fully-decoupled 2T2R parallel mechanisms can be obtained exploiting the abovementioned methodology. In particular, the direct Jacobian matrix of each synthesized fully-decoupled 2T2R parallel mechanism is a non-zero diagonal matrix throughout the entire workspace. Motors are mounted on each leg and each one of them actuates one degree-of-freedom (DoF) of the fully-decoupled parallel mechanism through a one-to-one velocity relation.     

一种新型混联手术机器人的运动学分析

根据手术机器人手术操作空间和运动特性要求,提出一种具有冗余8自由度的新型混联手术机器人结构.该混联结构由SCARA(PRR)串联机构和一个2自由度并联转动机构相结合而成.通过建立机器人正向、逆向运动学数学模型,解决了该机器人逆运动学解析解的问题,得到了运动学特征方程;运用蒙特卡洛法求解出机器人的工作空间云点区域分布,得到了由随机点构成的手术工作空间.理论分析和实际仿真结果表明该机器人结构具有良好的运动特性,并满足实际手术动作的工作空间要求,为手术机器人的详细结构设计提供了可靠的理论依据.     

合作机器人的关键技术及实验研究

为了使合作机器人(Cobot)在同一作业空间内与人直接进行物理合作,对Cobot的不完全约束关节机构和虚拟轨迹控制2项关键技术进行了建模及实验研究.建立了基于双超越离合器的不完全约束关节机构的模型及约束控制模型,并以五杆式Cobot为实验样机对关节机构的被动约束特性进行了实验验证.提出了基于操作力的轨迹规划方法,建立了轨迹规划模型,并对Cobot跟踪给定直线和圆弧轨迹进行了实验研究.研究结果表明,不完全约束关节机构具有被动特性,可以约束Cobot关节的运动状态;轨迹规划方法可以实现Cobot的轨迹控制.文中的研究成果经过进一步完善,可以应用到合作机器人系统,对完善人机合作技术、扩大机器人产业和提高机器人的作业水平等具有重要的实际意义.     

3-PRS机构工作空间的蒙特卡洛方法分析

工作空间分析是并联机构设计与评价中极其重要的工作.针对3-PRS并联机构工作空间描述及求解复杂的问题,采用蒙特卡洛方法进行工作空间的求解及分析.对运动特性及工作空间进行了分析,给出了计算工作空间的方法,并给出了具体的实现步骤.最后用计算实例验证了该方法的有效性.结果表明,蒙特卡洛方法研究3-PRS工作空间编程简单,并且工作空间中点的均匀性好;刀具的长度对工作空间的范围有很大影响;3个姿态角,X,Y的坐标等信息可以展现在一个二维图上,直观形象,方便查询.