6轴并联机器人的优化设计

系统介绍了6轴并联机器人机构的坐标系，建立了分析和研究用数学模型，系统研究了结构参数r和L对工作空间的影响，并最终给出了基于体积的6轴并联机的优化设计方法。     

刚度分析理论在虚拟轴并联机床中的应用研究

如何提高虚拟轴并联机床控制精度和加工精度一直是理论研究的迫切问题。本文在分析已有刚度计算方法的基础上应用机构刚度计算方法[1,2]对虚拟轴加工机床的6杆并联机构动态加工过程进行了分析,利用螺旋矢量方法建立了机床6杆并联机构刚度数学模型;开发了应用软件并对6-3并联机床结构在几种不同参数变化条件下的刚度进行了数值模拟。本文的研究结果可为机床精确控制和实时标定提供算法,而且对优化机构设计、工作空间设计及载荷设计和布置提供理论依据。     

利用约束螺旋理论综合的空间对称2-DOF并联机构

首先按运动功能对两自由度空间并联机构进行分类,得到了空间2Ryz型（绕y轴和z轴转动)和1Rz1Tz型(绕z轴转动和沿z轴移动）的两自由度机构;给出了两类并联机构的分支约束螺旋系和机构约束螺旋系,以及保证所有分支约束螺旋的合成是期望的机构约束螺旋系的几何条件。对这两种空间并联机构运用约束螺旋综合理论进行系统的型综合,得到了可实现连续运动的具有绕定平台平面内两轴转动的并联机构以及沿着定平台法线方向移动和绕其转动的两自由度并联机构;得到了两自由度并联机构各种类型的分支链结构,以及两类机构的结构约束特性。将少自由度对称并联机构类型由原来的9类扩充到11类,丰富了机构类型。     

一种新型3-RPR并联机构及其运动学分析

提出了一种能实现沿Y、Z轴平移和绕X轴转动的3-RPR型三自由度并联机构,运用螺旋理论分析了该并联机构实现二维平移和一维转动的机构学原理,计算了机构自由度,进行了驱动输入选取与论证,并进行了奇异分析,提出了减少奇异的参数设计条件,运用多体系统运动学理论建立了运动学模型,研究了运动学正反求解,并进行了数值仿真验证,最后分析了机构的工作空间。该并联机构是一种支链完全相同的半对称并联机构,结构较为简单,是对2T1R并联机构的重要补充,可应用于工业装配机器人、姿态调节器、并联机床、工作台等领域。     

一种三平动并联机构的设计与运动学分析

针对Delta并联机器人在食品、医药、电子等轻工业上的广泛应用,对一种T型轴铰链Delta三平动并联机器人的构型设计进行了系统研究。分析了运动副在机构组合中自由度约束关系,得出了一种最小支路位移参数特性,以此遴选出3TOR并联机构所含的支路类型,综合出多组三平动并联机器人机构。经过机构演变法,设计出一种支路类型为HSOC{■}的新型T型轴铰链的Delta并联机器人机构。并基于位移参数特性,验算了其机构空间自由度。基于设计的Delta并联机器人机构,进行了运动学分析,建立了逆解位置模型、正解位置模型和速度模型。     

(2PRR)~2+R平面并联机构的刚度与固有频率

基于两移动一转动三自由度平面并联机构构造了一种新型五自由度串并混联机器人并对其并联部分,一具有运动冗余和驱动冗余两种不同模式的平面并联机构(2PRR)~2+R进行了运动学分析。首先,建立了三自由度平面并联机构的运动学模型,基于机构的运动学模型推导得到了冗余和非冗余驱动并联机构的刚度矩阵,并且通过求取并联机构各组成构件的等效质量,得到并联机构的质量矩阵;然后,借助系统刚度矩阵和质量矩阵建立的并联机构动力学方程,求得了机构的固有频率方程;最后,通过数值仿真对冗余和非冗余驱动并联机构的刚度及固有频率进行对比分析。结果显示:冗余驱动分支对机构绕Z轴方向角刚度和系统的一阶固有频率均值影响最大,其增幅分别为88.46%和31.50%;对X轴方向的线刚度和系统的二阶固有频率均值影响最小,其增幅分别为52.34%和1.90%。因此,冗余驱动分支有助于提高并联机构的整体刚度,改善机构的动态性能。     

一种五轴并联机床的机构参数分步辨识方法

以五轴并联机床为研究对象,基于量子粒子群优化算法,对少自由度并联机床的机构参数辨识问题进行了研究。根据五轴并联机床的结构特点,对运动末端的测量位姿进行优化选取。将并联机构参数辨识问题转化为非线性系统的最优化问题,利用量子粒子群优化算法的全局搜索能力设计一种分步辨识方法对机构参数进行优化、辨识。仿真结果显示,基于量子粒子群优化算法的分步辨识方法能够比较准确地辨识机构参数的真实值。该分步辨识方法同样适用于其他少自由度并联机器人的机构参数辨识。     

新型三平移并联机构的运动分析和工作空间分析

分析了一种新型三平移并联机构,求出其运动学正解和反解,在运动学反解的基础上系统讨论了该机构的工作空间的约束条件.提出了运用Matcom将Matlab和VC 结合起来进行混合编程的方法,得到了并联机构工作空间的形状,分析结果表明该机构具有较好的工作空间.该并联机构可广泛应用于工业装配机器人、虚拟轴并联机床和多维减振平台等领域.     

一种新型4自由度并联机床构型设计与运动学分析

提出了一种能实现沿y轴、z轴移动和绕x轴、y轴转动的新型4自由度部分解耦并联机构,将该并联机构辅以能实现主轴x轴移动和x轴转动的动平台,共同组成一种新型并联机床构型;此机床机构特为涡轮叶片加工而设计。对机构进行了运动学分析,得到了运动学方程和雅可比矩阵;使用几何方法对机构的工作空间进行了分析,利用雅可比矩阵证明工作空间没有奇点,并获得了给定任务下的机构执行器所需行程长度。     

并联机构瞬轴面研究进展

沿动定瞬轴面连续地螺旋对滚,是并联机构固有的运动特性,也是并联机构转动和移动强耦合输出的几何表现形式。这种复杂空间刚体运动,极大地增加了并联机构的运动学标定和控制的难度。近年来,有学者利用瞬轴面来定性地描述这类机构的复杂运动特性,也有学者利用瞬轴面来优化设计机构。最近,有学者提出了动定瞬轴面螺旋对滚方程,来定量地计算这种复杂的空间运动。但是,瞬轴面在并联机构学中的研究和应用,并未受到国内外学者的广泛关注。为此,首先分析了并联机构的运动特性,综述了并联机构转轴和瞬轴面的分布规律,回顾了并联机构瞬轴面的计算方法和动定瞬轴面螺旋对滚方程的推导过程,并给出了该方程的几何应用。最后,展望了瞬轴面在并联机构学研究中的发展方向。     

结构解耦6-PSS并联微操作平台的研究与开发

利用并联微操作机构的构型原理，提出了结构解耦6-PSS并联微操作平台新机构，描述了微操作平台的运动学模型、静刚度模型、一体化结构模型、几何误差模型和标定策略，研制了微操作平台样机，给出了其测试结果。研究表明，该并联微操作平台的结构解耦及一体化结构是成功开发的关键，为微操作平台机构构型和结构设计提供了新思路。     

液压悬置非线性动态特性仿真研究

针对液压悬置复杂的动态特性,运用流体动力学理论及液压原理,建立了某轿车动力总成液压悬置的非线性数学模型,提出了模拟液压悬置动态特性的一种数值分析方法,并对目标液压悬置的动态特性进行了多工况仿真实验对比。研究结果表明所建模型是正确的、实用的,而且其通用性较强,能为下一步更精确的汽车动力总成悬置系统匹配选型、优化分析、隔振特性研究提供基础。     

六自由度并联运动机床奇异性研究

6-PSS并联运动机床的奇异性分析是6-PSS并联运动机床其它分析的基础,也是空间机构学分析的一个难点。本文首先解释了并联运动机床奇异性特征,通过建立6-PSS并联运动机床结构数学模型,实现了参数化设计。利用螺旋理论空间分析的优势,建立了6-PSS并联运动机床的Plücker坐标,方便地给出机床受力Jacobian矩阵,同时利用Matlab强大数学计算功能,精确的分析出并联机床的奇异性空间,降低了并联运动机床奇异分析的复杂性。     

新型6-PSS并联机器人的位姿误差分析

在获得6-PSS并联机构位置反解的基础上，考虑杆长、铰链位置、铰链间隙等各类主要误差源对终端误差的影响，推导出此新型机构的位姿误差模型，且应用蒙特卡洛技术分析了位姿误差的分布规律，为这种机器人的理论设计与精度补偿提供了理论基础。     

3-PSS柔性并联微操作机器人柔度分析

柔度矩阵建模是进行全柔性机构分析的基础。针对3-PSS型柔性并联微操作机器人,首先基于坐标变换法计算机构单条支链柔度矩阵,并基于此建立机器人整体柔度矩阵模型。然后进行数值算例计算和Ansys有限元仿真分析,并将理论计算结果与有限元分析结果进行对比,验证了柔度矩阵建模的正确性。最后对柔性并联机器人进行了柔度性能分析,并得出了机构的结构参数对柔度的影响规律,分析结果对3-PSS型柔性并联机构的结构优化设计提供了依据。     

新型送料机械手及其工作空间分析

设计了一种用于冲压生产线的新型送料机械手。该机械手由大臂、小臂和端拾器依次串联而成,其中大臂为六自由度6-PSS并联机构构型,小臂即延长臂为一个直线移动机构。绘制了机械手的工作空间,分析了该机械手主要几何参数对其工作空间大小的影响规律,根据两压机间送料的要求,选取了机械手的几何参数,并设计了该机械手的虚拟样机。该机械手具有横向移动速度快和工作空间大等特点,可用于冲压线上工件的输送或现代工业其他送料场合。     

并联3-2-1结构新型微操作手及其承载能力分析

以并联6-PSS 3维平台机构为原形，用柔性铰链替代球铰，用柔性框架替代直线移动副，设计了一种新颖的并联3-2-1结构的6自由度微操作手。介绍其结构特点，推导出输入输出微位移方程并对其承载能力进行分析，为其设计和使用提供理论依据。这种微操作手具有分辨率高，微位移解耦，算法和控制简单等优点。     

宏/微双重驱动机器人系统的研究现状与关键技术

宏／微双重驱动机器人系统的综合性能优于采用单一驱动方式的机器人系统。在总结了宏／微双重驱动机器人系统的概念、特点、组成结构的基础上，分析了该领域国内外的最新动态及其关键技术，为宏／微双重驱动机器人的进一步设计与开发提供了翔实的信息与参考依据。作为对宏／微技术的总结与应用，提出了一种新颖的集成式宏／微双重驱动柔性并联机器人系统，可在立方厘米级的工作空间内达到纳米级的运动精度。     

Mechanics unloading analysis and experimentation of a new type of parallel biomimetic shoulder complex

The structure design for high ratio of carrying capacity to deadweight is one of the challenges for the bionic mechanism, while the problem concerning high carrying capacity has not yet be solved for the existing shoulder complex. A new type biomimetic shoulder complex, which adopts 3-PSS/S(P for prismatic pair, S for spherical pair) spherical parallel mechanism (SPM), is proposed. The static equilibrium equations of each component are established by using the vector method and the equations for constrain forces with certain load are solved. Then the constrain force on the middle limb and that on the side limbs are compared in order to verify the unloading performance of the mechanism. In addition, the prototype mechanism of the shoulder complex is developed, and the force feedback experiment is conducted to verify the static analysis, which indicates that the middle limb suffers most of the external force and the effect of mechanics unloading is achieved. The 3-PSS/S spherical parallel mechanism is presented for the shoulder complex, and the realization of mechanics unloading is benefit for the improvement of the carrying capacity of the shoulder complex.