绳索-弹簧机构工作空间分析

对于绳索牵引并联机构,因绳索只能承受拉力而不能承受压力,因此完全约束的n自由度绳索牵引并联机构至少需要由n+1根绳索来驱动,冗余驱动会导致成本增加,绳索拉力求解复杂。绳索牵引并联机构中,在末端执行器与机架之间选择适当位置引入弹簧,构成绳索-弹簧机构,由弹簧来提供被动力,则可以实现绳索驱动器与自由度数目相同的可控绳索-弹簧机构。以平面3根绳索1根弹簧机构为例,建立模型,求解可行工作空间,分析弹簧参数对绳索-弹簧机构可行工作空间的影响,采用遗传算法对机构构型进行优化,并对比分析优化前后的工作空间指标。结果表明,绳索-弹簧机构在构型优化选择适当的弹簧参数后,可以显著改变工作空间及其质量,为后期规划动平台的运动轨迹提供参考。     

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。     

6-SPU并联机器人的轨迹规划与仿真

针对航空制造领域中对飞机机翼等大型工件的高加工精度、高生产效率等要求。首先,通过螺旋理论对6-SPU并联机器人进行了机构自由度的分析,并根据弗莱纳-雪列空间三元矢量原理以及并联机构的逆运动学求解方法,对6-SPU并联机构动平台的运动规划进行了分析和研究,得到机构动平台在加工过程中的相应位姿。然后,利用齐次坐标变换矩阵和逆解运算公式进一步确定6-SPU并联机构动平台上末端执行器按照预期运动轨迹移动时在驱动副上所施加的驱动运动规律。最后,借助三维软件SolidWorks及MATLAB中Simulink仿真模块进行建模仿真,进而验证了对并联机构运动轨迹规划的可行性,为移动式并联加工平台的工程设计提供理论基础。     

基于绳索驱动的并联康复机器人研究

针对在康复训练过程中如何协调控制患者骨盆运动轨迹的问题,设计了由6根绳索牵引的四自由度并联康复机器人。建立了并联机器人的静力学和动力学模型,分析了该机器人的工作空间。基于骨盆运动规律,对绳驱动机器人运动轨迹进行了规划,计算了驱动绳索长度、速度及加速度变化规律,并通过实验验证了所构建并联平台运动学模型的正确性。     

一种基于模糊决策的绳驱并联机构逆运动学算法

由于绳索数目大于运动自由度,具有冗余驱动的特点,且绳索长度求解关节角度的逆运动学过程具有高度非线性特点,难以求得解析解,同时存在测量干扰时数值计算结果误差较大。为解决该问题,设计2自由度绳驱并联平台样机,建立机构的运动学模型,基于模糊决策设计一种抗干扰的绳驱并联机构逆运动学算法。该逆运动学算法将驱动空间和关节空间进行模糊化,由绳索长度计算关节角度,从而抑制了过约束计算对测量噪声的敏感性。利用数值仿真技术对该算法和传统牛顿迭代算法进行对比,结果表明：该逆运动学算法具有较高的计算准确性和稳定性,可以用于绳驱并联机构的运动控制,具有实际应用价值。     

起重机6自由度IRPMs柔索牵引并联机构绳索特性及运动轨迹规划

针对起重机6自由度IRPMs柔索牵引并联机构运行过程中绳索特性及运动轨迹规划问题,建立6自由度柔索牵引并联机构运动学模型,采用运动学分析方法,基于D'Alembert理论提出满足大部分工作空间条件的柔索特性计算方法,并以起重机并联机构末端动平台能实现空间螺旋线轨迹为目标,进行运动规划。研究结果表明,动平台举升过程中柔索长度整体呈现下降趋势,合成方向速度、加速度始终大于各柔索速度、加速度,由于各项指标数值上均呈现平稳变化趋势,故系统符合实际运用中对动平台运动平稳性要求;动平台举升过程中各方向和合成方向上整体位移速度、加速度均呈现周期性变化,且变化较小仍能满足平稳性要求;动平台在举升过程中,由于柔索与x、y、z方向的夹角相对减小,系统中各柔索拉力均呈现相对增长趋势。     

3-HRC并联机器人的运动学分析与仿真

针对3-HRC新型空间三自由度的并联机器人进行了运动学分析。基于定平台与动平台间的矢量关系,运用齐次坐标变换法推导出该机构的运动学方程,进而得到位置反解计算公式;从而确定了动平台上某一点按预期轨迹运动时,驱动件上所需要施加的运动规律;最后,借助UG创建了该机构的装配模型,并通过ADAMS模拟仿真对所规划的运动轨迹进行了验证。研究结果表明:该机构具有良好的运动稳定性,便于实时控制。     

基于绳索驱动的并联康复机器人的研究

针对腰部康复训练过程中如何协调控制患者骨盆运动轨迹的问题,设计了由6根绳索牵引的四自由度并联机器人。采用封闭矢量四边形法和Newton—Raphson迭代法建立了该绳索驱动并联平台运动学正、逆解计算模型。基于骨盆运动规律,对绳驱动机器人进行了运动仿真,得出了驱动绳索长度、速度、加速度变化规律,并通过实验验证了所构建并联平台运动学模型的正确性。     

基于绳索驱动的并联康复机器人的研究

针对腰部康复训练过程中如何协调控制患者骨盆运动轨迹的问题,设计了由6根绳索牵引的四自由度并联机器人。采用封闭矢量四边形法和Newton-Raphson迭代法建立了该绳索驱动并联平台运动学正、逆解计算模型。基于骨盆运动规律,对绳驱动机器人进行了运动仿真,得出了驱动绳索长度、速度、加速度变化规律,并通过实验验证了所构建并联平台运动学模型的正确性。     

基于工作空间最大化的平面柔索驱动并联机构优化设计

工作空间是并联机构的重要指标,柔索驱动并联机构与杆支撑并联机构相比,其突出的优点是具有较大的工作空间.从平面柔索驱动并联机构出发,探讨柔索与动平台的连接位置对定姿态工作空间大小的影响.建立柔索驱动并联机构静力模型,并对4根柔索驱动的3自由度平面机构的定姿态工作空间进行分析,对此类机构的柔索与动平台的连接位置参数进行建模,通过直接搜索的优化算法对这些位置参数进行优化,得到了最优的结构参数.与常用的平面构型相对比,优化后的机构构型具有更大的定姿态工作空间.     

3自由度刚柔耦合并联踝关节康复机构设计及运动学分析

在研究踝关节康复运动机理的基础上,提出了一种3自由度刚柔耦合并联踝关节康复机构,以解决现有康复机构存在的柔顺性差、惯性冲击大等问题。求解了该并联康复机构的运动学正反解,验证了计算结果的正确性;进一步求解了机构的雅可比矩阵,分析了机构的绳索速度变化与动平台速度变化的关系,并对机构的位置变化及速度变化进行了仿真分析。结果表明,设计的机构运动平稳,可以满足踝关节康复训练的要求,也为后续控制系统的研发提供了理论基础。     

空间几何法求解并联双向偏转平台位置正解

介绍了一种并联驱动双向偏转平台,依据该平台的并联机构特点和运动形式建立了其空间几何转换模型,用空间几何法求解了此并联机构的位置正解,即已知两个并联驱动电动机轴上主动齿轮的转角就可得到平台双向偏转的角度。同时对此并联机构进行了运动学仿真,对比了理论计算值与仿真值,验证了此并联机构运动学正解的正确性。结果表明动平台在绕X轴偏转的角度与其输入的角度呈线性关系、绕Y轴偏转的角度与两个电动机输入均有关系。     

基于边界搜索法的4UPS-UPU并联机构工作空间分析

设计了一种4UPS-UPU并联机构,通过矢量代数法求解该并联机构运动学逆解,给出关节变量与末端位姿间的映射关系.采用边界搜索法分析并联机构定姿态时的工作空间,获得工作空间的三维图形,计算工作空间大小.研究该并联机构的支链长度、动静平台半径和运动副转角等结构参数和运动参数对其工作空间大小的影响,为机构的参数优化及轨迹规划提供理论依据.     

索杆高度可变的3自由度欠约束并联机器人的力学分析

柔索驱动并联机器人是并联机构中的一种特殊柔性机构,通过使用柔索代替刚性杆驱动末端执行器,其综合了柔性机器人和并联机器人两方面的优点。研究了一种索杆高度可变的3自由度欠约束并联机器人,根据矢量闭环原理,建立该机器人的逆运动学模型;根据柔索的长度,推导该机器人的正运动学模型;采用拉格朗日公式,建立该机器人的动力学模型;利用Monte-Carlo方法,研究该机器人的静力学工作空间;给定末端执行器的运动轨迹,通过机器人的逆运动学模型得出3根柔索的期望长度,以3根柔索的期望长度作为实验输入,得到3根柔索的实验长度曲线和拉力曲线以及机器人的正运动学轨迹。实验结果验证了该机器人的正逆运动学和动力学模型的正确性以及工作空间的有效性。     

基于共轴球面并联3RRR机构的手腕康复装置研制

针对中风患者腕部运动功能障碍及康复训练问题,提出了一种基于共轴球面并联3RRR机构的手腕康复装置.该装置由3个电机驱动,末端执行机构能够实现球面运动,以模拟手腕3自由度复合运动,实现手腕康复训练.为了达到紧凑性设计的目的,采用了三轴共轴球面并联机构和同步带传动的设计方案.在此基础上,建立手腕康复装置运动学数学模型,获得了电机输入角度与末端执行机构输出位姿之间的关系;并确定康复装置的工作空间:绕X轴旋转最大角度为32°,绕Y轴旋转最大角度为37°,绕Z轴全周旋转.最后,加工出实验样机进行实验验证.结果表明,该装置运转平稳,工作空间内不存在卡死现象.     

空间2T1R型并联机器人机构的设计与运动学分析

提出一种新型3自由度空间并联机器人机构,该机构由动平台、定平台和联接两平台的3条结构不同的分支运动链组成,机构动平台具有二维移动一维转动(2T1R)自由度。通过将动平台退化为末端操作器和机构3条分支运动链排列次序的调整,演化出另外两种新型2T1R并联机器人机构,且演化后的机构末端操作器具有更高的转动性能,能实现360°回转。基于螺旋理论对所提出机构的自由度进行了分析和计算,推导出机构的运动学解析解,包括位置、速度和加速度。由于机构雅可比矩阵为单位阵,且其条件数恒等于1,故此类并联机器人为完全各向同性机构。     

并联机床运动仿真与运动学分析的新方法

为了不建立数学模型完成并联机床机构的运动仿真和运动学分析，提出综合利用CAD软件所具有的装配约束和尺寸驱动功能实现运动仿真和运动学分析的方法。给定刀具位置与姿态的驱动尺寸和杆件长度的被驱动尺寸，在装配约束作用下驱动尺寸带动整个机构运动，实现运动仿真，记录杆件长度的被驱动尺寸，得到杆长的值。用Matlab软件拟合杆长数据，得到刀具位姿（驱动尺寸）与每个杆长值（被驱动尺寸）的拟合曲线和拟合方程，求解了杆件的速度和加速度方程。计算机模拟结果表明，并联机床运动仿真与运动学分析方法简捷直观，速度快，求解精度高，可完成其他多自由度并联机构的运动仿真和运动学分析，是并联机构的运动仿真和运动学分析的有效工具。     

一种新型伪四自由度并联机器人的设计与分析

通过对传统并联机器人结构与性能的分析,设计了一种新型的伪四自由度并联机器人,克服了传统机器人驱动电机数量与自由度数量相等的障碍,有效地简化了四自由度并联机器人的制作工艺。将旋转轴固定在静平台上,两根主动臂与从动臂固定于动平台上,构成二自由度并联机构;两输出轴驱动两根主动臂旋转,带动末端执行机构在二维平面内运动;旋转轴驱动动平台进行旋转,实现末端执行机构在三维平面内的运动。分析了伪四自由度并联机器人的结构特点以及工作原理,建立了运动学模型,对其工作空间进行动态仿真并搭建硬件平台进行实验测试。实验结果表明该伪四自由度并联机器人能够提高运行速度并能准确定位抓取,实现四自由度机器人功能。     

3-RPR并联机构的工作空间分析

本文以3-RPR并联机构为研究对象,对机构的动平台工作空间进行分析求解,通过运动学方程计算求得机构支链的运动范围,即三条支链工作空间的交集区域为并联机构动平台的工作空间。此外,运用MATLAB软件进行编程,绘制机构的工作空间,最后分析影响机构工作空间的因素。     

五自由度并联驱动机构及其位置分辨能力分析

提出了一种具有三移动和二转动的多分支耦合并联驱动机构,基于方位特征集法分析了机构自由度及机构末端的运动特征.利用齐次变换法建立了机构的运动学逆解模型,求解了并联驱动机构的全雅可比矩阵.基于牛顿迭代法建立了运动学正解模型,并对理论模型进行了仿真验证.利用CAD变分几何法绘制了机构的可达工作空间.定义了机构的全域位置敏感度...