3-PRR平面并联机构精度分析

以三自由度平面PRR并联机器人为典型结构,对并联机构支链的分析人手,通过有效的数学推导,建立结构参数误差与输出位姿误差之间的关系,得出包含全部结构参数误差在内的误差正解模型,对于给定的各结构参数误差,应用此模型可直接得出并联机构输出位姿误差,并可以进一步定量分析各结构参数误差对输出误差的影响,为误差综合以及所采用的误差补偿措施等方面提供有力依据.     

五自由度并联机构正解新数值算法

以五自由度并联机构为研究对象,提出一种新的并联机构正解数值算法。新算法以一组随意的平台位姿参数作为迭代初始值,根据并联机构杆长特征对动平台位姿参数进行反复校正,直至得到所需任意精度的机构正解。用新算法和传统Newton-Raphson数值迭代法分别对五自由度并联机构正解进行求解,参照Pro/E机构分析中测得的数据,分析对比两种算法求解误差、计算时间、迭代次数,总结出新算法,具有求解思路清晰,计算量小,收敛速度快,且算法收敛性对迭代初始值敏感度低等优点,有利于并联机构实时控制。     

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。     

基于线驱动并联机构的FAST馈源平台位姿测量方法

"中国天眼"——500 m口径球面射电望远镜(Five hundred meter aperture spherical radio telescope,FAST)日前已投入使用,其独创的光机电一体化馈源支撑方案使得结构重量降低2个数量级。在6根柔索对馈源舱进行初步定位的基础上,舱内的AB轴机构和精调Stewart平台支撑起馈源平台,并进行实时位姿补偿以实现馈源对天文目标的高精度跟踪。为避免通过各级驱动关节反馈值计算馈源平台位姿时,不能反映杆件弹性变形、铰链间隙引入的馈源平台误差,提出一种基于线驱动并联机构的馈源平台6自由度位姿直接测量方法,研究了测量系统的数学模型,利用机构构型的特点简化了线驱动并联机构的位姿正解算法。通过将简化后的位姿正解算法与传统6自由度机构位姿正解算法进行对比,验证了该方法的有效性和实时性;进一步分析了基于该方法的测量系统误差来源,得出了机构参数的误差映射关系。数值仿真结果表明:基于线驱动并联机构6自由度位姿测量系统具有误差平均效应,通过拉线连接点优化布局能够达到0.5 mm和0.025°的测量精度。     

三自由度并联姿态测量机构及其运动学参数最优化设计

提出了基于并联结构的三自由度姿态测量机构，将其连接到三自由度串联结构位置测量装置末端可以实现对被测物体六自由度位姿的综合测量。该测量机构克服了并联机构运动学正解的困难，得到运动平台姿态坐标参数的显式解。建立了基于全微分理论的姿态测量机构坐标参数误差模型，实现机构运动学参数的优化设计。误差因子分析使得机构运动学参数设计更为合理。     

基于调整步长牛顿法的Stewart并联机构位置正解

针对采用牛顿或拟牛顿迭代算法求解Stewart并联机构接近奇异位姿的位置正解时存在计算结果不收敛以及采用牛顿下山迭代算法求解时间较长的问题,提出了将调整步长牛顿法应用于并联机构位置正解。首先设计基于调整步长牛顿法的Stewart并联机构位置正解流程;然后,采用遗传算法以步长矩阵初值及等比参数为变量,以Stewart并联机构64种极限位姿正解所需迭代步数为目标,得到步长矩阵初值及等比参数最优值。通过数值算例,设置机构杆长绝对误差为0.01mm,对64种极限位姿进行正解,牛顿法与拟牛顿法共6种位姿正解不收敛;牛顿下山法10种位姿正解时间大于2.0ms;调整步长牛顿法正解时间均小于2.0ms。调整步长牛顿法为Stewart并联机构位置正解的实时应用提供了理论指导。     

新型两平移一转动并联机器人机构精度分析与仿真

通过对一种新型两平移一转动并联机器人机构的分析,求出其运动学位置正解,利用微分理论,建立了该并联机器人机构的精度模型。通过计算机仿真,分析了主动副的移动误差、结构参数误差和位姿变化对机器人机构精度的影响。为该机器人机构实际误差补偿与控制提供理论依据。     

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。     

并联机构大范围收敛高效正解法

为提高并联机构正解的效率,以3-RPS并联机构为例,讨论了牛顿迭代法直接用于正解算法的不合理性,并基于牛顿型下降程序,提出一种求解并联机构位置正解的高效解法。该方法通过调整松弛因子,求解并联机构位姿方程的微分初值问题,通过引入符合工作空间的有效约束条件,求出指定杆长动平台的正确位姿。仿真结果表明,该方法摆脱了初值约束,算法具有全局收敛性,且计算速度快,结果准确可靠。     

太阳自动跟踪机构的设计和位姿分析

设计了一种新型三自由度并联跟踪机构,以使太阳能板全方位地跟踪太阳并最大限度地输出有效发电量.采用三角平台上的万向节使太阳能板的大部分重量传递到支架上,通过3条细钢丝绳的协调动作使太阳能板的姿态发生变化,达到跟踪机构驱动电机耗能小,输出有效发电量多的目的.利用坐标变换理论建立了该三自由度并联跟踪机构的位置正解方程,然后用牛顿迭代法数值求解正解方程组;最后,依据空间投影理论对该并联跟踪机构的空间位姿进行实测分析,并对设计的跟踪机构与传统二轴跟踪机构进行驱动耗能对比实验.结果表明:本文建立的位置正解方程与实测结果的趋势基本相同,输出位姿空间角α、β和距离zB的平均误差分别为1.8％、2.6％、0.84％,满足跟踪机构的误差要求,设计的跟踪机构的耗电量约为传统二轴跟踪机构的25％.     

一种串并联式Stewart平台机构的误差分析

设计了一种由双级并联机构组成的位姿精调试验平台 ,分析了平台上每个铰链点的位置误差和各支链的长度误差对试验平台末端执行器运动精度的影响 ,建立了试验平台末端误差的数学模型。仿真结果表明 ,该机构的位姿误差具有线性叠加性 ,这种串并联平台末端误差的相对变化量很小 ,基于该构型的试验平台可达到较高运动精度。     

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。     

Indirectly Measuring the Structural Errors of A Virtual Axis Machine Tools

对虚轴机床的结构误差进行分析和测量,并用软件进行补偿是提高机床精度的重要方法。提出一种间接测量和补偿的方法。在虚轴机床的动台体上固定7根测量杆,用来间接测量动台体的位置和姿态。当动台体到达某一位置和姿态时,如果机床本身没有结构误差,则各测量杆的测量值应该与理论值相同,但由于机床实际上是有结构误差的,因此各测量杆的测量值与理论值必定存在一定的偏差。利用若干个位置和姿态下的偏差值,间接计算出机床的结构误差,然后进行软件补偿。采用计算机仿真方法,对该方法进行验证。仿真计算结果十分理想。从而证明方法的正确性。该方法简单易行,是对虚轴机床误差进行补偿提高机床精度的一种有益的探索。     

一种打磨机器人末端执行器的设计与分析

针对发动机缸体后处理的打磨过程中存在的问题,提出了一种Y型双工位的末端执行器的设计方案,分析了其结构组成、工作原理,设计了末端执行器的结构和砂轮尺寸,在PTC Creo Parametric软件平台上建立了末端执行器的三维模型,在Simulate中校核了其关键部件的刚度与强度,在Robot Studio中规划了打磨路径,并在相应的工作空间之内,分析了其位姿及路径的可抵达性,最后通过仿真实验检验了其规划的路径的合理性。分析结果表明:该末端执行器结构稳定、设计合理,机器人在工作区域的路径规划中,各关节可抵达性为100%,且不与其他工件干涉,能够实现对缸体端面和凸台面的自动化打磨任务;可为其样机的研制提供理论依据,为打磨路径的优化提供参考。     

虚轴机床结构误差的间接测量

对虚轴机床的结构误差进行分析和测量，并用软件进行补偿是提高机床精度的重要方法。提出一种间接测量和补偿的方法。在虚轴机床的动台体上固定７根测量杆，用来间接测量动台体的位置和姿态。当动台体到达某一位置和姿态时，如果机床本身没有结构误差，则各测量杆的测量值应该与理论值相同，但由于机床实际上是有结构误差的，因此各测量杆的测量值与理论值必定存在一定的偏差。利用若干个位置和姿态下的偏差值，间接计算出机床的结构     

基于SimMechanics的三自由度并联打磨机构动力学分析与仿真

针对一种新型三自由度并联打磨机构进行了运动学和动力学分析,并借助于MatLab/SimMechanics 工具箱的系统动态建模功能,搭建了一精确的仿真平台.结果表明:当并联打磨机构末端受广义力矢量作用时,在仿真平台上对系统进行Lagrange方法的动力学仿真分析,示波器跟踪动平台中心点的位置、速度及加速度,从而获得驱动...     

Kinematic calibration analysis of 3SPS + 1PS bionic parallel test platform for hip joint simulator

As the key component of the parallel hip joint simulator, 3SPS + 1PS bionic parallel test platform owns four degrees of freedom including three rotations and one translation. When the moving platform stays at a given translation position, the parallel manipulator can represent three-dimensional rotating gait motions of the hip joint for the purpose of evaluating the friction characteristics of biological materials. Because of the manufacturing and assembling errors, the actual structure parameters of the parallel manipulator are not more accurate than the theoretical values and its reduced simulation accuracy will bring the uncertain evaluation. So in order to improve the precisions in the design, manufacture and assembly of the parallel manipulator, it is necessary to calibrate the kinematic parameters. Considering the structural characteristics of the parallel manipulator, its error model and the corresponding compensation method are established based on the complete differential-coefficient theory. According to the constant values of two orientation angles, the orientation residual matrix is constructed by adopting the incomplete measurement method and the forward kinematics functions, so its cost function can be defined. The iterative algorithm based on the least square method is applied to identify the structure parameters and obtain their optimal solutions, and then the actual kinematic calibration process is simulated by numerical method. The simulation results show that the comprehensive orientation error after calibration is greatly decreased, and the effectiveness of the calibration method is validated.     

基于全域优化的高速并联机械手控制器参数整定

提出一种新的定常PID参数整定方法。该方法综合考虑机电耦合效应、全域综合性能及随位姿实时变化的惯性负载,在操作空间内设计三条带有权重的运动轨迹,利用运动学正、逆解模型及刚体动力学逆解模型,直接建立以末端执行器操作空间的方均根误差最小为优化目标的整定方案,对伺服系统控制器的参数进行了整定。通过实例分析,给出使系统在整个工作空间内趋于最优的控制器参数的范围。该方法有效地解决了传统整定方法因其多目标函数相互制约而难以得到最优解的问题。试验验证该方法的正确性和有效性。     

基于并联机构的三平移隔振平台设计研究

为了解决交通运输和航天领域中的三平移隔振问题，设计了一种基于并联机构的新型三平移隔振平台，介绍了其结构及有关参数的设计和分析方法，制作了样机并进行了试验分析。理论和试验分析结果表明，该平台能实现三平移隔振，其设计和分析方法可应用于其他多维隔振平台的设计。     

采用间接测量法对平面3-RPR机构进行运动学标定的仿真

采用间接测量对平面机构进行标定时，需要引进标准测量参照物，但参照物本身仍可能存在一定的尺寸误差；另外间接测量时要不断变换标准测量参照物的位置，又会引进位置误差。为便于解决实际问题，使研究更具可操作性，将上述误差和待标定的机构结构误差一起考虑对机构进行了标定仿真，同时在仿真过程中采用矩阵重构的方法来解决测量误差扰动的问题，避免了大规模的空间寻优。仿真结果表明，可以通过让动平台走过不同的轨迹组合来实现对平面机构的标定。