索杆混合驱动并联机构设计与工作空间分析

提出一种新型索杆混合驱动并联机构,在SolidWorks中构建整体装置模型。利用空间向量分析法推导了该机构的运动学逆解模型;分析了并联平台静止状态下受力平衡关系,建立静力学平衡方程,并在此基础上讨论了机构可控工作空间的求解方法;在给定机构运动副的约束条件下,对动平台姿态可控工作空间进行数值仿真,得到仿真图像。搭建索杆混合驱动并联机构试验平台,进行末端动平台位姿变换试验。试验结果与运动学模型和工作空间数值仿真图像对比,结果表明,动平台位姿与柔索长度的关系满足运动学反解模型,末端动平台姿态可实现工作空间仿真图像中最大姿态偏转角度。研究工作为后续机构的实际应用和性能优化奠定了一定的理论基础。     

基于D-H矩阵的2-RPaRSS并联机构位姿误差建模与补偿

针对4自由度2-RPaRSS并联机构,利用D-H变换矩阵法建立了机构运动学及单条支链的位姿误差模型,并由此得到了机构基于各运动副误差(制造误差、安装误差、磨损误差等)的动平台位姿误差模型;运用该误差模型对2-RPaRSS并联机构的进行了误差分析和计算,给出了机构驱动角对动平台位姿误差的影响情况;同时建立了单支链的误差辨识模型,并由NSGA2算法求得了各误差的近似最优解,通过误差补偿使并联机构的位姿精度得到明显提高。     

基于蒙特卡洛模拟的6-UPS并联机构的误差分析

根据6-UPS并联机构逆运动学模型,通过微分变换,构建了动平台位姿误差模型,由误差模型可知:动平台位姿误差来源于6个支杆长度误差和12个铰链中心的位置误差,共42个误差项。还建立了轴承间隙对万向节中心位置和复合球铰中心位置影响的随机误差模型,利用蒙特卡洛模拟分析了支杆长度误差和轴承游隙对动平台的位姿误差的影响,结果表明:当支杆长度误差服从均匀分布,铰链中心位置误差服从均匀分布时,动平台位姿误差近似服从正态分布,且动平台位姿对铰链轴承游隙的敏感度大于对支杆长度误差的敏感度。为6-UPS并联机构的误差分析提供了一种方法。     

用于光电产品检测的混联6-dof平台的误差分析与仿真

提出了一种滑块式6-dof光电产品检测平台机构,以运动学正解模型为基础,依据矩阵全微分理论,导出机构位姿误差与各杆长误差、铰链位置误差、输入误差之间的关系,从而建立机构的误差模型;应用Matlab对误差模型进行仿真,分析得出杆长误差、铰链位置误差和输入误差对机构综合精度的影响,为该6-dof混联型光电产品检测平台的设计、制造提供了理论基础。     

3-RPS并联机构运动学标定方法的研究

针对六轴混联机床中因3-RPS并联机构结构参数误差引起的精度问题,分析了影响3-RPS并联机构几何精度的误差因素,给出了并联机构的误差模型;基于影响并联机构定平台运动精度较大的几何误差参数;建立了运动学标定模型.采用阻尼最小二乘法,经多次优化迭代实现了利用一组测量数据完成非线性超越矛盾标定方程组的求解.利用激光干涉仪完成了标定用数据的测量,通过3-RPS并联机构运动学逆解和各铰链的几何标定参数,得到动平台的实际位姿.通过对标定前后的Z轴定位精度的检测及实际零件加工试验,验证了3-RPS并联机构运动学标定模型和方法的正确性和有效性.     

一种新型3-PRS并联机构的位姿误差分析

针对一种新型3-PRS并联机构的3个基座位置可调、工作空间可变的特点,分析该机构的末端位姿误差,提出了采用几何解析法求该机构的运动学正解,进而推导出动平台末端位姿误差的分析方法,并运用软件仿真3个基座在不同位置时的动平台末端位置和方向。结果表明,3个基座在取不同参数时,末端的位姿误差有明显变化。此研究对该新型3-PRS并联机构的误差补偿提供了有益指导。     

3RPS并联机构的运动学误差建模及其分析

为了提高XYZ-3RPS六轴卧式混联机床的运动学精度,建立了3RPS并联机构的运动学参数误差模型。首先对3RPS并联机构的几何误差源进行了分析。然后基于闭环矢量微分法建立了3RPS并联机构包含铰点位置误差、转动副轴线方向误差、驱动支链零位杆长误差等27项结构参数误差对末端位姿误差的映射模型。最后设计了仿真实验,利用ADAMS的虚拟样机技术,获取机构实际末端位姿误差。通过与误差模型的结果对比,验证了所分析的27项结构参数误差设定值在（0.1～0.2）mm的范围内,误差模型的位置误差求解精度大于0.01mm,姿态误差求解精度大于0.01°。进一步的数值验证表明,误差模型的精度会随着结构参数误差值的减小而显著提高,为3RPS等少自由度并联机构的误差建模和运动学标定提供理论依据。     

一种两自由度球面解耦并联机构位姿误差分析

以一种全转动副的新型球面并联解耦机构为对象,利用空间机构的环路增量法建立了该机构的系统误差模型.应用此模型可定量分析结构误差对动平台位姿误差的影响,为实际误差补偿和控制提供了理论基础,对其他并联机构的误差研究也有借鉴意义.     

基于D-H矩阵的Stewart型并联机床位姿误差计算模型

针对6自由度Stewart型并联机床,以D-H变换矩阵为建模工具,建立起包含铰座位姿参数、杆件D-H参数的机床动平台位姿方程.采用矩阵微分方法推导出一个机床位姿误差线性化计算模型.该模型不仅使铰座位姿参数误差、杆件D-H参数误差等几何误差全部进入机床位姿误差计算方程,而且将机床位姿误差与几何误差之间的非线性隐式函数关系简化为线性显式函数关系.基于支链杆长方程建立起一个能描述机床位姿误差与几何误差之间实际映射关系的非线性计算模型,以其作为参考模型对线性化计算模型的有效性进行检验.仿真表明:在小误差条件下,线性化模型可以很好地逼近非线性模型,由于具有形式简洁、分析与计算方便等特点,基于D-H变换矩阵的位姿误差线性化计算模型可用于Stewart型并联机床的精度分析、精度综合及运动学标定.仿真结果还表明:当对机床位姿精度要求较高时,需要考虑杆件的全部D-H参数误差对机床位姿的影响.     

3SPS+1PS并联仿生试验机误差建模与仿真

3SPS+1PS并联髋关节仿生试验机能否模拟人工髋关节的理想试验状态是正确评价关节材料特性的关键,因此,对此并联试验机整机误差建模及仿真成为必须。首先运用四元数法对其动平台位姿进行描述,建立了基于矩阵全微分理论的整机误差分析模型。通过计算机仿真,讨论了机构参数对位姿精度的影响,同时计算了单一结构或驱动参数误差变化时,输出位姿的变化趋势。由仿真结果知,输出误差中X轴误差和参数q误差较大,Z轴误差与参数n误差几乎为零。最后,对设计过程中机构参数的合理选取提出建议,为实际误差的补偿与控制提供了一定的理论基础。     

基于正交设计的2UPS-RPU并联机构误差分析

运用空间矢量环微分法,建立了兼顾位置和姿态两类误差的位姿误差正解数学模型。此误差模型描述了机构末端位姿误差与各误差源之间的显式映射关系,可定量分析各误差源对机构输出误差的影响。分析了机构位姿参数、结构参数在一定范围内变化时的误差变化曲线,为机构结构参数和工作位姿参数范围的选取提供了理论依据。为分析2UPSRPU并联机构在整个工作空间内各误差源对位姿误差的影响,利用正交设计思想,只需较少的计算量,即可对该机构进行误差分析。基于正交设计思想,将4个位姿参数看成对位姿误差有影响的4个因素,依据位姿参数变化对位姿误差的影响合理划分各因素的水平,使排列的正交表为误差分析提供合理位姿。结合正交表,仿真了机构各末端输出误差对各个误差源的响应程度,从而揭示了影响机构误差的关键因素,可用于指导物理样机的制造与安装。     

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。     

船用螺旋桨混联加工装置结构参数标定方法

为实现大型船用螺旋桨的高精度、高效加工,提出了基于混联机构的双刀对称加工方案。介绍了加工装置的机构组成,对影响加工精度的结构参数的标定方法进行了研究。针对装置运动存在耦合的特点,将装置的串联机构与并联机构进行分离标定,建立串联机构与并联机构的结构误差模型,对两种结构参数的辨识方法进行研究,并采用LevenbergMarquardt优化算法对非线性方程组进行求解,获取结构参数的修正值。最后在ADAMS中构建含有结构参数误差的装置模型,实现各种加工运动模拟,采集刀具的各种位姿误差,利用加工装置标定方法对装置的结构参数进行修正,验证了误差模型建立与参数辨识方法的准确性,证明了该标定方法的正确性与有效性。     

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。     

仿生咀嚼6PSS并联驱动平台的动力学分析

基于食品物性检测及品质评价、义齿材料检测及评估等领域的需求,设计了一种仿生咀嚼6PSS并联驱动平台。介绍了该并联驱动平台的基本结构组成,采用拉格朗日方法对动平台进行动力学建模和分析,得出了系统的动能、势能和动力学方程。在Adams软件中建立虚拟样机,进行运动学仿真,给予动平台一组模拟右侧咀嚼运动的轨迹,使其模拟下颌咀嚼食物,得到动平台位姿参数曲线,将动平台质心参数曲线数据作为动力学方程输入条件,求解出系统广义力并以此为驱动进行动力学仿真,将得到的位姿曲线与运动学仿真得到的位姿曲线比较,验证了动力学模型的正确性,证明了机构的仿生性能,同时分析了两者曲线之间产生的误差及可能导致误差产生的原因,为后续的控制与优化提供了参考。     

基于Matlab和数据库的3-PRS串并联机构位置正解

对于大多数并联机构,位置正解都是一个难题.利用Matlab软件卓越的数学计算功能,容易地求出3-PRS串并联机构的位置逆解.在此基础上建立输入参数与输出位姿参数之间对应的Access数据库,进而通过所设计的输入与输出参数间的辨识数学模型,求出机构动平台的位姿即位置正解.此方法具有通用性,适用于所有的串并联机构.     

基于Matlab和数据库的3-PRS串关联机构位置正解

对于大多数并联机构,位置正解都是一个难题.利用Matlab软件卓越的数学计算功能,容易地求出3-PRS串并联机构的位置逆解.在此基础上建立输入参数与输出位姿参数之间对应的Access数据库,进而通过所设计的输入与输出参数间的辨识数学模型,求出机构动平台的位姿即位置正解.此方法具有通用性,适用于所有的串并联机构.     

含有冗余支链的3-RPS/3n-SPS并联机构逆动力学建模

提出一类含有冗余支链的3-RPS/3n-SPS并联机构,为解决该类机构的逆动力学问题,首先对机构进行运动学分析,建立支链与动平台末端的速度、加速度映射关系,并对运动学模型进行仿真验证;之后对3-RPS/3n-SPS机构进行受力分析,列出的平衡方程数目少于未知量个数,基于机构分支作用力与动平台末端位姿误差间的协调关系构建动力学补充方程,求解出该类机构中所有运动副的约束反力和机构分支作用力;基于达朗贝尔原理对机构进行逆动力学建模,建立了机构末端力和各杆件惯性力与机构分支作用力间的关系表达式,求解了3-RPS/3-SPS机构分支作用力、运动副约束反力及动平台位姿误差,通过分析机构分支作用力、运动副约束反力、动平台位姿误差随时间的变化规律,验证本文建立的3-RPS/3n-SPS并联机构动力学模型的正确性。所得到的动力学结果为该类机构的进一步研究和工程应用奠定了理论基础,此外该逆动力学建模方法也可用于其他含有冗余支链的并联机构中。     

3PSU/PU并联机构的误差建模及实验验证

首先对3PSU/PU三自由度并联机构进行了结构分析和坐标系建立,在此基础上推导出43项结构参数的误差模型。给定结构参数误差,采用误差模型以及牛顿迭代法分别计算末端位姿,通过比较两组位姿对误差模型进行数值方法验证。最后对机构进行运动学标定和误差补偿实验,其间涉及机构的位姿测量、参数辨识以及误差对比,并观察总结实验结果。通过分析、数值方法和实验验证了所建立的3PSU/PU机构误差模型的正确性。     

65m射电望远镜天线副面调整机构标定研究

结合65m天线副反射面位姿调整任务要求,研究天线副反射面调整机构的标定问题。制定出副面调整机构标定流程与方案,利用激光跟踪仪测量机构动平台位姿,根据运动参数的实测信息,由并联机构学理论构造误差函数,并以误差函数最小化为目标进行机构运动学参数辨识;开发完成标定算法,对副面调整机构进行运动学标定,求解获得满足预期精度要求的结构参数,并对机构参数进行补偿。面向工程实际任务开展标定研究,研究结果对并联机构真正应用于工程实践具有重要的指导意义。