含R副间隙6-RPS机构奇异性分析

采用四元数法描述了4维形式的6-RPS机构位姿矩阵,由此推导出理想机构的运动方程,得到了理想机构的新型雅克比矩阵JA和JB。在此基础上,利用连续接触模型得到了含间隙6-RPS机构的位姿矩阵J_(AR)和J_(BR)。根据四元数的性质,把矩阵JA和J_(AR)转化为8维方阵,使之适用于分析奇异位形。分别把J_(AR)和J_(BR)的行列式展开,得到含间隙机构的奇异轨迹方程,利用MATLAB得到了机构在给定位置时的第1类位姿奇异轨迹和第2类位姿奇异三维轨迹曲面。结果表明,机构间隙对奇异位形轨迹有影响;以理想机构奇异轨迹曲面上的奇异点作为参考点,通过与含间隙机构奇异轨迹曲面上与参考点相对应的奇异点的相互对比,发现在参考点附近存在奇异域。     

基于四元数的6—UPS机构奇异性分析

采用四元数法描述6—UPS机构位姿矩阵,并把该矩阵和矢量坐标扩展为4维形式,推导出机构的运动方程,通过求导得到了机构运动的新型雅克比矩阵JA和JB,其中,JA是用四元数来描述并且不含超越变量。根据四元数的性质,把矩阵JA转化为8维方阵,使之适用于分析位置奇异和位姿奇异。分别把JA和JB的行列式展开,得到机构第一类奇异和第二类奇异的轨迹方程,利用MATLAB得到了机构在给定位置时的第一类位姿奇异轨迹和第二类位姿奇异三维轨迹曲面。实例验算证明了该方法所得矩阵求解方便的优点。     

3SPS+1PS仿生并联机构位姿正解和奇异性分析

为克服传统串联式的髋关节试验机在高速度、大承载、复杂运动模拟方面的不足,试制了一台以3SPS+1PS并联机构为核心运动模块的并联式髋关节试验机,而复杂的位姿正解和奇异性是其应用的难点之一。以动平台铰点坐标建立了易于消元的位姿正解解析模型,获得了只含单一变量的高次输入输出方程,证明其最多有8组正解。根据Jacobian矩阵分析了试验机在设计工况下的奇异状态,结合位姿正解证明出现的2个奇异点全为由构型重合造成的正向奇异,并给出了相应的奇异规避策略。     

一种四自由度空间并联机构的奇异位形解析

通过建立一种四自由度空间并联机构位姿约束方程 ,导出了该并联机构具有二维移动和二维转动的运动性质。推导出了奇异位形判别的解析表达式 ,在推导过程中引入数值—符号处理技术 ,得到了多项式代数方程中每一系数元素的数值—符号形式的解析表达式 ,并得到了奇异曲面方程及奇异曲面的截面曲线图。最后给出了奇异位形分析计算的数值实例     

3SPS+1PS四自由度并联仿生平台运动学分析

针对3SPS+1PS对称型并联仿生平台,利用螺旋理论对其进行自由度分析得出该机构具有三转一平4个自由度,当平动自由度固定时可用于模拟人体髋关节的三维运动。基于四元数法建立了机构位姿运动方程。以四元数描述机构运动特性,避免了欧拉角描述刚体位姿存在的奇异问题。将髋关节运动曲线作为机构输出运动,基于逆运动学模型仿真出各驱动支链位移变化曲线为平滑曲线,说明该机构在模拟髋关节运动时其驱动支链易于控制。     

基于位姿反馈的三臂空间机器人抓捕轨迹规划

以三臂空间机器人为研究对象,针对经历奇异位形时出现的位姿误差问题,提出一种基于位姿误差反馈的轨迹规划算法。根据系统一般运动学方程并结合动量守恒方程建立系统运动学模型,利用位姿期望指令得到误差运动方程。以关节角速度为控制量,设计了基于位姿误差反馈的控制率,使闭环系统的跟踪误差按指数速度收敛。该方法能够减小机器人奇异点邻域内的位姿跟踪误差,且在离开奇异区域后能完全消除误差。仿真结果证明了该方法的有效性。     

基于Grassmann线几何理论的并联髋关节试验机奇异位形研究

并联髋关节试验机的核心运动模块采用3SPS+1PS空间并联机构,由定、动平台及连接两平台的3根SPS支链和1根PS支链构成,具有3转动自由度和1平动自由度。并联机构的奇异特性对其工作性能有着重要影响,因而须对该髋关节试验机的相关性质进行研究。建立基于Rodrigues参数的机构静力学模型,得到静力学转换矩阵的一般表达式,并推导出与6条用于Grassmann线几何分析的直线相对应的Plücker矢量。通过分析各线簇秩的空间分布特点,得到许多新颖的奇异位形,并推导出机构处于奇异位形时的各种约束方程。通过数值仿真,得到线簇秩从1到5的各奇异位形对应的奇异轨迹。髋关节试验机奇异位形的研究对其工作空间分析、机构尺寸优化和控制系统设计具有重要的意义。     

含冗余驱动的3-(2SPS)并联机构的轨迹规划与仿真

针对在三平动3-(2SPS)并联机构一条支链上附加冗余滑动,产生运动学反解多解性的问题,开展运动分析,研究运动控制的轨迹规划准则。以避开奇异位形为准则,实施轨迹规划并进行仿真。结果表明,附加冗余驱动可使机构工作空间成倍放大,且动平台能成功避开奇异位形。     

新型6自由度3-UrRS并联机器人的奇异位形分析

研究了一种新型6自由度3支链并联机器人的奇异位形,利用机构的运动学反解方程和雅可比矩阵得出了精确的奇异位形的解析形式。从运动学角度分析,奇异位形有3类形式,每种形式都具有不同的物理意义。研究了该并联机器人的第一类和第二类奇异位形,并画出了4种特殊位置的奇异位形。奇异位形的分析对该并联机器人的轨迹规划和控制具有重要的意义。     

9-3 Stewart型并联机器人的结构设计及奇异位形分析

以一种9-3 Stewart型并联机器人为研究对象,对其进行结构设计及奇异位形分析。通过设计三重复合虎克铰链,减小了运动学求解难度;通过设计可转换主、从运动的变胞移动副,实现了变拓扑驱动;基于环路方程法推导出了并联机器人的速度雅可比矩阵,并运用代数法分析了并联机器人的奇异位形,得到了并联机器人的位置奇异曲面和姿态奇异曲面。研究内容为该并联机器人后续的轨迹规划及工作空间优化奠定了理论基础。     

并联机器人运动学传动性能研究

研究了一般形式的并联机器人速度输入输出方程系数矩阵的奇异值、灵活性、奇异位形和工作空间之间的关系，以三自由度并联机器人为例，通过仿真给出机器人灵活性最差、位于第一种奇异位形，位于第二种奇异位形和位于各向同性位形的具体实例，得出在结构尺寸对称条件下存在各向同性的位姿及必要条件。     

基于高效率线接触加工的刀具运动机构的研究

针对高效率线接触加工曲面的生产要求,提出了一种刀具运动机构.以Denarit-Hartenbarg作为方法,研究了该机构的坐标变换矩阵、刀具位姿矩阵.其将为该机构的运动实现提供基础.     

大型刚体调姿系统最优时间轨迹规划

研究基于三坐标支撑柱的大型刚体位姿调整系统。系统可等效为6自由度冗余驱动并联机构,动平台初始位姿和目标位姿已知,而运动时间和路径不确定。为了使支撑柱运动平稳并提高调姿精度,在考虑工程实际中的关节驱动力约束和驱动速度约束的基础上,提出一种最优时间轨迹规划算法。首先运用冗余驱动并联机构的分析方法建立该系统的运动学和动力学模型,并通过Moore-Penrose广义逆矩阵得到关节驱动力的最小范数解,然后以时间为参数,运用5次多项式拟合调姿物体的位姿变化轨迹,再通过二分法求解出满足关节空间约束的最优调姿时间,从而生成相应的关节运动轨迹。仿真结果表明算法只需经过较少次迭代就能获得理想的调姿运动轨迹。总之,该轨迹规划方法是有效的。     

PS-3SPS结构降耦并联机构运动学分析

对称结构4自由度4SPS-PS并联机构具有1条方位特征(被动约束)支链,耦合度为2,其位置正解和动力学正反解的求解较复杂。运用方位特征支链主动化和运动副合并(将约束距离缩减为0)方法,对原构型进行结构降耦设计,得到一种PS-3SPS一平移三转动降耦并联机构。新型降耦机构的耦合度为0,其突出优点是位置正解具有显式表达式。给出求PS-3SPS降耦并联机构位置正反解的几何方法,得到动平台Euler角的解析解。运用矢量代数法和姿态矩阵微分形式,推导出机构速度Jacobian矩阵,并得到速度和加速度正反解的显式表达式。运用空间几何法,推导出PS-3SPS并联机构所有理论正运动学奇异位形,并给出代表性奇异位形。最后,给出数值算例,位置正反解十分吻合,表明求解方法准确可靠。分别运用MATLAB软件编程和ADAMS软件仿真得到机构运动学分析曲线,两者结果一致,验证了理论分析模型与方法的正确性。     

球面五杆机构的运动学与性能分析

基于球坐标对机构进行描述,将球面五杆机构的运动描述在由2转动自由度构成的二维平面上,导出具有2自由度特征的球面五杆机构的速度方程和雅可比矩阵的解析表达。以此为基础,研究球面五杆机构的奇异位形和灵活度,绘制机构的奇异轨迹曲线和灵活度分布曲线,并对球面五杆机构的结构参数对全条件指标的影响进行分析。研究表明,基于球坐标对机构进行描述,便于建立球面五杆机构的速度方程和雅可比矩阵,能够直观描述机构的奇异轨迹曲线和灵活度分布曲线。     

基于球面并联机构的检测平台设计与性能研究

为提高光电产品自动视觉检测的准确性,研制了一种含冗余驱动支链的4SPS/S球面并联调姿平台样机。含冗余驱动支链的4SPS/S并联机构为调姿平台机构本体,具有绕动平台中心点的3个转动自由度,可以实现待检零件任意角度图像信息的获取。建立了该并联机构的运动学模型,导出了机构位置逆解方程和雅可比矩阵;基于雅可比矩阵的秩讨论了机构的奇异性,并验证了冗余驱动支链能消除机构内部奇异;基于雅可比矩阵的非冗余分解,提出了一种评价冗余驱动并联机构力传递性能的指标。分析机构动定平台球铰安装方式对机构运动学性能的影响,得到了机构姿态空间体积大、灵巧度好的动定平台球铰安装方式;设计制作了球面并联检测平台样机,分析并绘制了样机姿态空间以及灵巧度、力传递性能在姿态空间内的分布。结果表明,样机转动空间大,无内部奇异,灵巧度和力传递性能高且分布均匀,能满足光电产品瑕疵检测的工艺要求。     

4-SPS/SP并联机构的奇异位形分析

对4-SPS/SP并联机构的运动学和静力学进行分析,得到该机构的降维运动学和静力学奇异位形曲线。对比这两组曲线发现它们相差了β=±90°两条直线。通过对机构运动Jacobian矩阵分析,发现该±90°是欧拉角的"奇点",并非该并联机构的奇异位形,并运用实例加以验证。在排除该非奇异位形曲线后,根据两种方法得到的奇异位形是相同的,并对其物理意义进行了解释说明。运用静力Jacobian矩阵得到了该机构的姿态奇异位形曲面,找到了该机构的动平台只绕Z轴旋转时存在的一组特殊的奇异位形,并根据力螺旋相关性修改动平台参数避免该组奇异位形,改善该机构的运动性能。     

4SPS+SPR和2UPU+SPR并联机床法向加工3D自由曲面仿真

为了方便、高效地对5自由度4SPS+SPR和3自由度2UPU+SPR并联机床法向加工任意3D自由曲面进行仿真分析,利用SolidW orks软件对两种并联机床三维实体建模,通过CAD变量几何法,首先建立4SPS+SPR和2UPU+SPR并联机构的模拟机构,其次在模拟并联机构动平台上构造任意3D自由曲面和刀具加工轨迹的引导平面,然后保持刀具与自由曲面垂直,便得到两种并联机床的模拟机构,最后给定加工路径,与并联机构合成,各驱动杆长和动平台的位姿便能自动求解和动态显示。结果表明:CAD变量几何法不仅简单直观,而且省去了大量的编程计算。     

一种低耦合度半对称球面并联机构的设计、拓扑分析与运动学

根据基于方位特征(POC)方程的并联机构拓扑结构设计理论,设计了一种低耦合度半对称的三转动(3R)球面并联机构,分析计算了该机构输出运动的方位特征集(POC)、自由度以及耦合度(κ=1)三个主要拓扑特性;其次,运用序单开链法运动学原理求解了位置正解的数值解。再次,基于导出的机构位置反解公式,分析了动平台的工作空间,并基于Jacobian矩阵对机构奇异位形进行了分析;最后,利用Matlab给出工作空间中的奇异轨迹。     

并联机构的运动学多目标轨迹规划方法

提出了一种能够满足装配任务对多种性能需求的并联机构无奇异轨迹规划方法。以运动学分析为基础,证明了一定位姿条件下实现并联机构无奇异轨迹规划的充要条件。然后利用五次B样条曲线对并联机构末端轨迹进行了参数化表达。选取了与装配任务相关的三个运动学性能指标,即总调姿时间,各支链急动度和调姿难易度,并定义为目标函数以评价轨迹的优劣。在仿真实例中,利用人工免疫算法求解了多目标轨迹优化模型并得到了末端轨迹中的36个B样条参数。最后利用平均最优解的评价方法得到了满足装配任务需求的并联机构末端最优轨迹及各支链轨迹。