新型三平移2PPPa并联机构运动学分析与优化设计

以空间三平移并联机构作为研究对象,根据方位特征集设计理论和方法,设计一种运动解耦、结构对称、运动副简单、工作空间大的空间纯移动并联机器人机构,通过拓扑结构特性分析证明机构具有空间三维移动的运动特性,并建立运动学方程模型,推导得到运动学正逆解以及雅克比矩阵;在此基础上分析机构奇异性、操作空间、灵巧度等性能指标,以工作空间最大化的实际需求作为数学优化模型,选择萤火虫算法进行优化设计,通过优化后的结构参数尺寸进行算例分析。结果表明:优化后的工作空间性能得到显著改善,工作空间体积较优化前增加12%,优化后的参数为机构的应用设计和控制提供参考。     

基于灵巧度3-RCR并联机器人机构的结构参数优化

对新型三平移3-RCR并联机构的位置解、雅克比条件数进行了求解分析;基于3-RCR并联机构的全域条件数,以灵巧度作为优化目标,利用遗传算法对其结构参数进行优化研究,运用MATLAB软件编程得到了该并联机构的灵巧度图谱,为该类并联机构的进一步研究和应用提供了参考.     

具有符号式位置正解的2T1R并联机构的运动学分析与尺度综合

基于方位特征方程的并联机构拓扑设计理论和方法,设计一种零耦合度且具有符号式位置正解的两平移一转动并联机器人机构,分析计算机构的方位特征集、自由度以及耦合度等拓扑特性。利用机构支链运动副布置的特点建立运动学方程,计算出正运动学和逆运动学的位置解析式,通过一组算例验证计算结果可靠性。研究机构的奇异性并给出正解奇异和逆解奇异的产生条件。分析机构的工作空间,以给定的工作空间作为约束条件,建立实际工作空间最小化的优化目标,选择天牛群优化算法优化得到满足给定的工作空间且使实际工作空间最小的设计结构参数最优解。结果表明：机构具有符号式的位置正解,且工作空间形状规则,呈对称分布、边界光滑。     

五自由度并联机器人机构运动性能优化研究

围绕一种5自由度的4UPS-UPU并联机构,建立其运动学模型及雅克比矩阵,考虑机构在运动空间内的运动学性能,引入全域条件指标和全域梯度指标作为运动灵巧度的评价指标,并采用柱坐标边界极限搜索法求解工作空间,建立全域指标的数学模型;基于多学科设计优化软件Modefrontier对机构进行了多目标优化研究,采用实验设计和粒子群优化算法对机构进行了优化,求得Pareto最优解。通过优化前后结果比较,机构运动性能得到增强,为并联机构多目标优化设计提供参考。     

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.     

3-UPU冗余驱动并联机构的冗余支链优选及仿真（英文）

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。     

3-CRC并联机构构型变异与性能分析

通过改变已有3-CRC并联机构运动支链的配置方式,得到了一类运动完全解耦的新型三平移并联机构,并导出了机构的位置正反解方程。利用机构的完全解耦性与位置方程导出了机构工作空间的解析表达式,并对两类机构的解耦性能与工作空间进行了对比,验证了新机构优良的运动性能,为其后续的研究和应用提供了依据。     

并联夹具机构灵巧性分析

针对汽车行业对制造系统以及包括夹具在内的所有部件的高模块化和灵活性的要求,提出一种具有高自配置性和灵活性的夹具系统。其中,安装在并联机构末端执行器上的夹具具有高刚度、高精度、可重构性,并且可以通过编程使其在工作空间中移动的特点。而并联机构作为自配置夹具系统的支持单元,在工作空间和动态特性方面具有一定的局限性。为了提高并联机构的综合工作性能,在工作空间中,分别以全局运动条件数和全局动态条件数作为运动灵巧性和动态灵巧性的评价标准。以工作空间体积、全局运动条件指标和全局动态条件指标为目标函数,对并联夹具机构进行优化,得到优化后的结构参数。     

具有弱耦合无奇异特征的空间移动并联机构及运动学分析

针对并联机构输入/输出强耦合、存在奇异位形,影响实时控制的问题,设计一种弱耦合、无奇异空间移动并联机构,机构由两条CRR拓扑结构支链和一条UPS支链组成.利用螺旋理论分析了支链运动螺旋和约束螺旋,通过修正的Kutzbach-Grübler公式计算了机构自由度.选取支链驱动副,锁住驱动副得到约束螺旋,通过约束螺旋是否满秩...     

石材雕刻机械臂运动学性能的分析与优化北大核心

石材雕刻机械臂在其工作空间内的运动学性能的变化相当复杂,其运动性能的优劣是影响石雕产品质量的重要因素。分析并优化石材雕刻机械臂在其工作空间内的运动性能。基于D-H参数法建立石材雕刻机械臂运动学模型,通过旋量理论中的指数乘积公式计算石材雕刻机械臂正运动学解和逆运动学解;基于雅克比矩阵的条件数,提出可以定量描述石材雕刻机械臂运动性能的指标(灵巧度),并进一步研究灵巧度在关节空间坐标和操作空间坐标下的变化规律;基于Dijkstra优化理论,在石材雕刻机械臂的可达工作区内给出机械臂运动性能最优的工作空间。结果表明:当石材雕刻机械臂在最优工作空间中移动时,其关节角加速度的波动会大幅减小。研究成果可为石材雕刻机械臂加工位置的布局提供参考。     

2RPU/2SPS并联机构工作空间及运动学分析

为获得2RPU/2SPS并联机构的工作空间和运动特性,基于拓扑结构方位特征集方程求解其自由度和方位特征集,利用空间坐标变换法和封闭矢量法建立位置反解方程。以蒙特卡洛法为基础,通过反解方程并利用MATLAB软件进行数值仿真得到工作空间,结果表明由于该机构具有对称性,使得工作空间呈现对称分布。运用ADAMS软件进行运动学仿真分析,得到动平台位移、速度、加速度随时间的变化曲线图且曲线呈现周期性变化,证明了该2RPU/2SPS并联机构具有良好的工作性能和应用价值     

一种平面二自由度并联机构工作空间分析

针对一种平面二自由度并联机构进行运动学分析,研究机构两类奇异位形的出现条件及奇异姿态,并全面讨论了机构两种运动学反解模型下存在的各种理论工作空间的形状及内接矩形面积的计算公式.通过一种量纲一化的参数模型,将机构运动学参数的无限设计空间转化为一个有限的设计面域,并绘制了最大矩形工作空间的性能图谱.利用该图谱,有效指导了机...     

Analysis and dimensional design of a novel hybrid machine tool

This paper presents a four degrees of freedom (DOF) hybrid machine tool based on a novel planar 3-DOFs parallel manipulator and a long movement of the worktable. Closed-form solutions are developed for both the inverse and direct kinematics about the parallel manipulator. Three kinds of singularities are presented. Based on the formulation of condition number and the definition of the position workspace and orientation workspace, the effects of the design parameters on the dexterity and workspace were discussed. The change ratios of condition number were defined and used as the evaluated indicator to analyze the effects of the design parameters on the performances. A dimensional design approach that could satisfy the requirement of motion platform realizing orientation capability, dexterity and workspace was proposed. A novel 4-DOFs hybrid machine tool was manufactured. The methodology presented in this paper can be of great help in the design, trajectory planning, control and application of such devices.     

基于动力学性能的粘片机2PRR焊头机构尺度优化

IC粘片机的2PRR焊头机构为高速高精度运动部件,仅以尺寸和运动学指标对其进行优化设计难以达到性能最优的效果,故提出了基于动力学性能指标最优的尺度优化方法及其求解算法(双重遗传算法)。首先,建立2PRR并联机构的动力学方程并确定其关键尺寸和工作空间基准点坐标作为优化变量;然后,以工作空间范围内动力学性能最优为目标建立优化模型,并列出了约束条件;最后,通过双重遗传算法求得优化结果。算法结果收敛表明该方法有效。该方法对高速高精度机构的优化设计具有参考价值。     

一种新型六自由度并联机器人设计

为了扩大并联机器人的工作空间,减少整体尺寸,设计一种新型的六自由度并联机器人,它由6个SPS支链连接动平台与滑块,滑块绕定平台旋转以改变动平台位姿。通过在静平台与动平台分别建立静坐标系与动坐标系得到变换矩阵,进而求得六自由度并联机器人的位姿反解,即每个滑块的位置。在得到此并联机器人位姿信息后将每个支链视为二力杆求出每个滑台的受力情况,进而计算得到此并联机器人各位姿驱动力。并提出一种通过线圈拖拽钕磁铁的驱动方式。该新型并联机器人具有Z轴转动不受限制的特点,极大地扩展了其运动范围,且相对常规并联机器人结构尺寸极大减少。     

基于3D打印并联机器人机构的工作空间分析

以一种新型三自由度并联机构3-HSS为研究对象,对该机构进行运动学逆解分析,推导出该并联机构的运动学逆解方程,并求解了并联机构的雅可比矩阵,采用Gosselin几何法编程对该并联机器人的工作空间和边界进行研究,得到比较规则的工作空间,且该构型并联机构的工作空间连续,无空洞,并呈现一定的对称性。该研究能够满足当前3D打印技术的设计需求,并为并联机构进一步优化研究提供了理论依据。