4-RRR冗余并联机构混合驱动与能耗优化

为实现3D打印机对曲面的精细化打印,对3D打印机的喷头结构的快速响应和精确控制提出了更高的要求,为此设计了一种可以实现姿态控制的平面4-RRR冗余并联机构。根据机构的特点,在运动学基础上,利用虚功原理建立该机构的动力学模型,然后以混合驱动方式并借助最小二范数法实现机构等效广义力到轴向驱动力的优化。在此基础上,对驱动力二范数和最小驱动总功率进行优化,分别得到角速度、驱动力与驱动功率变化曲线。结果表明:该机构驱动力二范数解和最小驱动总功率解的差异略小,其驱动电机做功减少了1.17%。结合驱动力二范数、最小驱动总功率的优化结果,选取混合驱动的驱动方式,可以实现冗余并联机构驱动器瞬时驱动力与瞬时驱动功率的均衡,并降低机构运动过程中的功耗,实现3D打印机喷头机构的快速响应。     

4-RRR冗余并联机构的动力学分析

为了分析冗余4-RRR并联机构在高速、高载荷下的的动力学特性和运动精度,利用坐标变换矩阵求解冗余4-RRR平面并联机构反解方程,推导机构雅克比矩阵。在此基础上,将并联机构分解为动平台和一、二连杆子系统,采用Lagrange法建立子系统动力学模型,然后推导出机构整体动力学模型。以Matalb/Simulink为工具,对该机构的动力学进行算例仿真,仿真结果表明:4-RRR平面并联机构各驱动构件在实现期望轨迹的运动过程中,驱动力和力矩的变化、数值大小各不相同,但均呈正余弦曲线规律变化。所提出的研究方法快速有效,为机构后续研究提供了理论依据。     

电液混合全冗余并联机构驱动优化

基于冗余并联机构主动输入约束螺旋线性相关性的分析,以Stewart平台机构为原型,构造12-UPS全冗余驱动并联机构。通过比较电动驱动和液压驱动的不同,确定机构适宜采用电动液压混合驱动形式。应用影响系数法建立该机构的动力学模型。为区分处理电动缸和液压缸,以零内力为约束条件对驱动力进行优化。分别以驱动力平方和最小和驱动功率平方和最小为目标,应用库恩—图克定理研究机构的驱动力优化过程。数值算例表明,零内力条件下以驱动功率平方和最小为目标的优化方法最佳。该优化方式能够充分发挥电动、液压驱动各自的优点而避免其缺点,适用于电液混合驱动的全冗余并联机构。     

电液混合全冗余并联机构驱动优化

基于冗余并联机构主动输入约束螺旋线性相关性的分析,以Stewart平台机构为原型,构造12-UPS全冗余驱动并联机构。通过比较电动驱动和液压驱动的不同,确定机构适宜采用电动液压混合驱动形式。应用影响系数法建立该机构的动力学模型。为区分处理电动缸和液压缸,以零内力为约束条件对驱动力进行优化。分别以驱动力平方和最小和驱动功率平方和最小为目标,应用库恩—图克定理研究机构的驱动力优化过程。数值算例表明:零内力条件下以驱动功率平方和最小为目标的优化方法最佳。该优化方式能够充分发挥电动、液压驱动各自的优点而避免其缺点,适用于电液混合驱动的全冗余并联机构。     

导弹舱段自动对接系统设计

针对导弹舱段自动化对接过程中,存在舱段尺寸小且质量大、对接面特征复杂等问题,提出了一种导弹舱段自动对接技术思路以及工程实现方法.基于6自由度并联平台和位姿测量系统,设计了一套用于实现舱段自动对接的机械系统,并进行了工程验证.研究结果表明,该系统可实现空空导弹舱段的自动化精准对接,提高导弹总装生产线的整体技术水平.     

基于位姿分离算法的冗余机器人逆运动学分析

针对冗余机器人逆运动学求解复杂、实时性差的缺点,提出一种基于冗余机器人位姿分离的逆运动学求解算法。该算法以腕点矢量为目标,计算冗余机器人位置关节的逆解及位置关节对腕关节的误差补偿,得出腕关节逆运动学解。通过建立基于运动轨迹的逆运动学约束泛函,对冗余机器人的逆解进行了优化。得到机器人关节运动特性随约束泛函的变化曲线以及关节逆解的优化解流形。     

基于RecurDyn的4-RPC冗余驱动并联机构的运动学求解

针对4-RPC冗余驱动并联机构进行了结构分析和运动学分析.运用齐次坐标变换公式推导出其运动学逆解,进而求出动平台质心按给定轨迹运动的各支链的运动规律.将在Pro/E中建立的4-RPC冗余驱动并联机构的模型导入RecurDyn中.然后,把由各支链运动规律生成的AKISPL驱动函数添加到该机构模型中,进行运动学仿真.测量出其位移和速度随时间变化曲线.最后,在Recur-Dyn中对动平台质心施加笛卡尔驱动(CMotion)进行仿真测定其位移和速度随时间变化曲线进行验证.结果表明,该机构运动学性能良好.     

一种五轴冗余工业机械臂运动分析及仿真

冗余机械臂凭借广泛的运动空间、较高的灵活度等优势得到了广泛的关注,但其逆运动学求解复杂,计算量大。针对此问题,以某五轴冗余工业机械臂为例,根据D-H约定建立正运动模型,结合实际情况确定关节运动顺序,基于代数法建立逆运动求解模型,降低求解的复杂性,计算结果满足轨迹规划的要求。并基于关节空间采用五次多项式函数进行运动仿真验证,结果表明:各关节运行平稳,没有明显的突变点,满足机械臂的工作需求。     

一种新型运动冗余并联机构的运动学研究

针对传统3-RPR型非冗余平面并联机构运动过程中存在奇点,且需要较大驱动力矩无法实现平滑轨迹跟踪问题,提出了一种新型3-PRPR运动冗余并联机构。建立了新型并联机构的位置、速度和加速度模型,基于运动学模型进行了工作空间仿真分析,分别对不同末端执行器位置和大小、不同基圆半径对工作空间的影响进行了对比分析,并对工作空间运动轨迹进行了分析。仿真结果表明:末端执行器位置只影响定向工作空间,对可达工作空间无影响;定向工作空间和可达工作空间均与基圆半径成正比;末端执行器大小与定向工作空间成反比,与可达工作空间成正比。相同条件下,与传统3-RPR并联机构相比,所提出的新型并联机构工作空间明显增大,证明了该新型并联机构的有效性。     

伺服压力机教学实验平台机构的力学分析

为了对一种肘杆式伺服压力机教学实验平台机构进行静力学和动力学分析,通过解析法建立了机构的运动学模型、动态静力学模型和动力学模型。首先,应用复数矢量法推导出压力机实验平台机构的位置、速度和加速度求解方程,得到了机构的位置、速度和加速度;其次,应用达朗贝尔原理建立了压力机实验平台机构的动态静力学方程,求解了机构的平衡力和运动副约束反力;再次,建立了机构的拉格朗日动力学方程,求解了伺服电机通过滚珠丝杠对机构的驱动力;最后,分别利用Matlab理论计算与ADAMS虚拟样机仿真得到冲锤的位置曲线、速度曲线、加速度曲线,以及平衡力、运动副约束反力和驱动力的变化曲线,并验证了所建运动学模型、动态静力学模型和动力学模型的正确性。     

冗余驱动并联机构受力特性的控制方法研究

针对冗余驱动并联机构的驱动力优化,提出冗余驱动并联机构的位移协调模型,该模型考虑了各驱动臂的弹性变形和执行机构的位移。研究全位置控制、混合位置/力控制和全力控制3种控制方法在冗余驱动并联机构的力学特性,分析每种控制方法中驱动力/力矩、作动器位移、外载荷和驱动臂刚度之间的相关性,揭示了不同控制方法下输入位移和驱动臂刚度对力分布的影响规律。最后通过冗余驱动并联机构的实验平台,对3种控制方法进行了验证,并探讨了3种控制方法在不同工况下的应用。     

基于扰动观测器的液压冗余直驱平台同步控制

针对液压冗余直驱运动平台,在考虑时变干扰和双缸耦合的情况下建立了非线性数学模型.为了提高机械强耦合的双缸间的同步性能,提出了基于扰动观测器的分级控制方法,该方法将控制设计分成扰动观测器设计、外环位置控制设计、力的控制分配设计以及内环力控制设计4个环节.首先针对作用于横梁的不确定性负载设计了非线性扰动观测器,然后根据横梁...     

基于正交实验设计的并联机构误差分析

介绍了一种新型含恰约束支链3-SPS/S并联机器人机构,为提高终端平台的定位精度,对该并联机构进行误差分析。首先在运动学逆解基础上,对驱动支链的运动方程进行微分,建立该机构位姿输出误差正解数学模型。并在给定机构误差的条件下,考虑末端执行器在工作过程中位姿输出误差的变化情况。利用正交实验设计的思想均衡排布参数的误差水平,对该机构进行精度分析,并绘制某姿态下的误差分布直方图及许用精度范围内的可靠度。结果表明:利用正交实验法能够快速计算误差值,为并联机构的精度设计和运动学参数的标定建立了理论基础。     

3-UPU冗余驱动并联机构的冗余支链优选及仿真

由于当前3-UPU冗余驱动并联机构存在奇异缺陷,造成冗余支链选择方法可靠性低、刚度分布不均.提出一种新的3-UPU冗余驱动并联机构冗余支链优选方法.设计了3-UPU冗余驱动并联机构和自由度要求.将运动平台位姿参数看作变量,求出3-UPU冗余驱动并联机构的力矩阵和力矩矩阵.获取3-UPU冗余驱动并联机构输入,通过位置方程求出驱动螺旋参数和非冗余支链的驱动螺旋,提升可靠性.计算冗余驱动螺旋的参数,获取条件数机构的相关信息,确定刚度矩阵的力矩阵和力矩矩阵,利用灵巧度与刚度获取条件数和刚度最佳的冗余支链,解决刚度分布不均的问题.实验结果表明:所提方法可靠性高、刚度分布均匀.     

关节型冗余度机器人的运动规划

机器人机构的运动规划是进行机器人智能化设计的重要基础.文章针对关节型冗余度机器人的运动特点,以机器人运动学的理论作为基础,建立了关节型冗余度类机器人机构的运动学模型,并根据机器人机构的尺寸和边界约束条件,分析和确定了机器人各关节点的运动可行区域,运用复合形方法优化筛选出合乎需求的关节点的坐标位置,从而为关节型冗余度机器人的运动学逆解算提供了一种行之有效的优化设计方法.     

高速冲压生产线上下料冗余机械臂的运动学分析

在应用于高速冲压生产线冗余机械臂姿态规划和轨迹优化过程中,以兼顾上下料效率与轨迹的平稳性为目的,对冗余机器臂的加加速度进行约束,基于旋量理论建立运动学模型,得到正运动学方程,采用遗传算法对冗余机械臂进行逆运动学分析,结合五次B样条插值方法,对末端执行器运动轨迹的加加速度进行优化。结果表明,该方案可有效提高上下料效率,保证冗余机械臂上下料过程运行平稳。     

基于改进人工蜂群算法的冗余机器臂逆解研究

针对具有移动关节的7自由度机械臂逆运动学求解困难的问题,提出了一种基于改进人工蜂群算法的逆运动学求解方法。首先根据冗余机械臂的物理结构简化出几何模型,利用D-H法建立运动学模型,由坐标系变换得到正运动学的解。由于该冗余机械臂不满足Pieper准则,难以用传统方法求得封闭解;因此采用改进人工蜂群智能算法,利用位置误差与姿态误差的标准差作为目标函数,求取逆运动学的最优解,并利用Matlab编程进行仿真验证,仿真结果表明该方法准确有效,为具有移动关节的冗余机械臂逆运动学的求解提供了一种新的途径。     

五轴联动机床主运动构件重复碰撞瞬态动力学特性分析

为了提高五轴联动机床的整体性能,提出五轴联动机床主运动构件重复碰撞瞬态动力学特性分析方法,对其主运动构件的动力学特性进行分析。建立五轴联动机床的运动学模型,对其运动学特性展开分析;根据机床的运动学特性,建立柔性杆重复碰撞系统以及碰撞过程的动力学方程;最后在St.VENANT杆波动理论的基础上分析柔性杆在多次碰撞和分离过程中的瞬态动力学特性。实验结果表明：与其他方法对比,所提方法能够准确获得柔性杆的变形、位移和撞击力变化情况,且具有较高的分析精度。