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。     

3PSS-S型并联机构的奇异轨迹研究

针对一种3PSS-S球面并联机构,建立了该并联机构的位置反解数学模型,推导了并联机构速度方程和雅可比矩阵的解析表达式。基于机构的雅可比矩阵,应用等高线方法绘制了并联机构的奇异轨迹曲线,并讨论了固定平台结构参数对并联机构奇异轨迹的影响。     

三自由度砂带磨床的运动学及其灵巧度分析

介绍了用于机器人磨削系统的三自由度砂带磨床,给出了其机构的运动学方程和雅克比矩阵.通过雅可比矩阵的条件数指标分析了机构的奇异性和灵巧性.由仿真结果可知,三自由度砂带磨床的关节1和关节2的角位移对雅可比矩阵的条件数指标影响很小;当关节3的旋转臂与关节2的旋转臂共线时,为机构的奇异位形,在奇异位形附近的雅可比矩阵的条件数指标非常大.通过分析可知,在机构的奇异位形附近,三自由度砂带磨床的刚度很大并可实现磨床磨具的微量进给,可完成机器人磨削系统的高精度磨削.     

平面五杆可控机构运动性能和误差的研究

应用平面五杆机构的雅可比矩阵，分析输出运动的灵巧性。计算雅可比矩阵的条件数，通过对雅可比矩阵的微分，研究机构运动的速度误差。最后基于机械制造的工艺理论，对误差综合问题提出优化目标函数和约束条件。     

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。     

3-RRR并联机构灵巧度分析

利用SolidWorks建立了3-RRR机构的三维模型,对照三维模型采用D-H法建立了3-RRR机构处于任意位形的机构坐标系,运用螺旋理论计算出该机构的一阶运动影响系数即运动雅可比矩阵,参照运动雅可比矩阵奇异的特点,利用可操作数和条件数对3-RRR并联机构进行了灵巧度分析,得出了该机构的灵巧性特点。     

弹药装填机器人运动性能分析

针对弹药装填机器人在工作空间中存在奇异位形与速度失控问题,建立了弹药装填机器人的机构模型与旋量参数,求解了弹药装填机器人的雅可比矩阵,通过分析雅可比矩阵的秩,得到了机构的奇异位形,通过分析弹药装填机器人奇异位形区域的雅可比条件数,得到了弹药装填机器人速度失控位形区域,基于末端执行器速度椭球分析了弹药装填机器人的可操作度,雅可比条件数和可操作度两种指标从不同角度反映了弹药装填机器人的灵巧性。提出的弹药装填机器人奇异性与灵巧性分析方法有效提高了弹药装填机器人的运动精度和速度稳定性。     

并联机床的灵巧度评价指标及其应用

研究了并联机床的灵巧度评价指标及其在实际加工中的应用。介绍了一种新型的五自由度并联机床,该机床机构具有五个驱动分支和一个约束分支,可以实现三维移动和二维转动。建立了该机床机构的雅可比矩阵,得到了三个影响机床机构灵巧度的指标,即条件数、最小奇异值、可操作性;并通过对这三个并联机床灵巧度评价指标进行分析,定义了两个灵巧度的综合评价指标-综合灵巧度系数和综合灵巧度,分别作为评价不同位形下灵巧度和整个刀位文件灵巧度的指标。最后,介绍了在实际加工中对不同加工轨迹的灵巧度进行综合评价的方法。实验结果表明:机床实际加工100平面圆,对各向同性有较高要求时的最优加工轨迹为z=650 mm,保证了机床加工过程中应具有良好运动和动力学性能的要求。     

6-RRS超冗余驱动飞行模拟器的性能分析

提出一种以6-RRS超冗余驱动球面并联机构作为飞行模拟器的运动机构。该球面并联机构具有三个转动自由度,六个驱动,三个冗余驱动;两个完全相同的3-RRS球面并联机构构成6-RRS球面并联机构,该球面并联机构广义上仍然具有一个定平台,一个动平台,整个动平台即为飞行模式器座舱。该运动机构采用电气伺服系统驱动,从而克服了液压伺服系统的缺点;同时采用超冗余驱动达到大功率运动的目的。主要分析6-RRS超冗余驱动飞行模拟器的三项重要性能指标,利用螺旋理论给出该运动机构的雅可比矩阵,并以雅可比矩阵为核心分析该机构的灵巧度性能以及刚度性能和奇异性能。     

平面两自由度新型数控磨削机床的设计与实现

设计了一种以平面五杆机构为主体的新型平板玻璃周边磨削机床.通过对五杆机构雅可比矩阵的分析,提出了避免机床在工作时出现奇异位形的方法.以"PC+运动控制卡"为硬件平台,设计并开发了五杆机床的数控系统和高性能的数控软件.     

新型2自由度并联平动机构构型及运动性能

基于3-UPU并联机构的奇异位形,提出了一种可绕圆周平移运动的新型平动机构,并利用该平动机构构造了两种姿态保持恒定的新型2自由度并联平动机构。分析了其中一种新型2自由度并联平动机构的位置正反解、速度雅克比矩阵。用无量纲参数建立该2自由度并联平动机构的尺寸型模型,该模型在有限区间内给出了2自由度并联平动机构所有可能的尺寸组合,模型空间中的任意一点代表具有相同或相似性能的同一族机构结构。基于2自由度并联平动机构的全条件数指标和尺寸型模型,绘制了反映尺寸参数组合与其运动性能关系的性能图谱。     

Singularity loci of an orthogonal spherical two-degree-of-freedom parallel mechanism

Singularity analysis plays an important role in the design of robots, especially for parallel robots. In this paper, the direct and inverse kinematics of an orthogonal spherical two-degree-of-freedom parallel mechanism is proposed based on the modified Euler angles. All the singular poses of the mechanism are achieved through the direct kinematic analysis. Self-motions, which are different from the general spherical 5R parallel mechanisms, are also discussed. Singularity loci in the joint space and Cartesian space are plotted according to the Jacobin of the mechanism. Result shows that the singularity loci at the joint space are two circles and one line, whereas at the Cartesian space are a circle.     

Singularity loci of an orthogonal spherical two-degree-of-freedom parallel mechanism

Singularity analysis plays an important role in the design of robots, especially for parallel robots. In this paper, the direct and inverse kinematics of an orthogonal spherical two-degree-of-freedom parallel mechanism is proposed based on the modified Euler angles. All the singular poses of the mechanism are achieved through the direct kinematic analysis. Self-motions, which are different from the general spherical 5R parallel mechanisms, are also discussed. Singularity loci in the joint space and Cartesian space are plotted according to the Jacobin of the mechanism. Result shows that the singularity loci at the joint space are two circles and one line, whereas at the Cartesian space are a circle.     

新型并联机床作业空间与奇异性分析

提出一种新型的平面三自由度并联机床，分析了该机床的两类构型奇异问题。在定义出机床位置空间的基础上，借助奇异性分析，提出兼顾运动平台实现位置能力和姿态能力的位姿空间描述方法，为此类机床的尺度设计、路径规划和控制提供了依据。     

2TPT-PTT并联机器人可操作度的研究

介绍了一种新型的2TPT-PTT三自由度并联机器人。建立了运动学方程,求出了其正逆解。给出了雅可比矩阵,通过机构可操作度的分析,对机器人的操作性能进行了研究。研究结果表明:该机构运动学正逆解简单、不存在奇异点、具有良好的操作性能。     

Formulating Jacobian matrices for the dexterity analysis of parallel manipulators

The condition number of the Jacobian matrix has been commonly used in determining the dexterous regions of a manipulator workspace. This has been successful when applied to manipulators having either solely spherical or solely Cartesian degrees of freedom. However, for manipulators having a mix of both rotational and translational degrees of freedom, i.e., complex degree of freedom manipulators, the condition number of the Jacobian matrix may not be used due to dimensional inconsistencies with its elements. This paper furthers earlier work introduced in obtaining a Jacobian matrix which may be used to determine the dexterity of parallel mechanisms regardless of the number and type of degrees of freedom of the mechanism. The result of the method introduced in this paper is a dimensionally homogeneous Jacobian matrix mapping m actuator velocities to n independent end effector velocities. In the typical case where m = n, the Jacobian matrix is also square. As opposed to earlier works, the singular values of the Jacobian matrix obtained here have an evident physical significance. Furthermore, the ratio of the maximum and minimum singular values, i.e., the condition number may be used to measure the dexterity of the manipulator at a given pose. To illustrate the concepts introduced in this paper, the 3-PRS manipulator is analyzed.     

平面二自由度全铰链五杆轨迹机构综合方法的研究

对平面二自由度五杆机构的位姿形式及位置逆解进行分析之后,提出了用二自由度辅助机构进行全铰链五杆轨迹机构综合的方法。该方法先将平面二自由度全链五杆机构看成由两个开链二杆机构组成的机构。然后按照给定要实现的轨迹,用二自由度辅助机构分别综合出两个开链二杆机构。最后再将综合出的两个开链二杆机构组合成全链五杆机构。按照此种方法综合出的全铰链五杆机构可精确地实现给定的轨迹,配以合适的驱动方式可进行异形边界及系列边界的加工,本文的研究为特殊类型边界的加工提供了手段。     

基于螺旋理论对3-RPS并联机器人运动学分析及仿真

3-RPS型并联机构具有3个结构对称的支链形式,每个支链由一个转动副连接基座,一个球面副与动平台相连接,转动副与球面副由移动副所连接。采用螺旋理论对3-RPS型并联机器人自由度分析,采用反螺旋的方法建立约束雅可比矩阵、运动雅可比矩阵和完整雅可比矩阵,导出了动平台的速度到驱动关节速度之间的映射,从而计算出末端执行器的速度、加速度并进行奇异性分析。基于Matlab SimMechanics软件建立3-RPS型并联机器人仿真模型,进行运动学仿真对比研究,结果表明:动平台的实际输出变化与给定的参考值变化基本相符,验证了该建模方法的正确性。