3-PPSR并联微动机器人静刚度分析

为简化6支链并联微动机器人的复杂结构,减小装配误差,提出压电陶瓷驱动的3-PPSR构型6自由度并联微动机器人结构.采用整体式下平台和三条两端带有柔性球铰链和直圆柔性铰链的支杆,使结构紧凑并有利于提高精度.为分析对并联微动机器人精度具有重要影响的静刚度指标,首先求出此类机器人的逆解矩阵及支杆柔性铰链处微小角位移和末端位姿的关系.在此基础上,考虑支杆两端柔性铰链和弹性平板的弹性变形,运用虚功原理推导并联微动机器人静刚度矩阵.进而仿真分析机构各几何参数对静刚度的影响,获得支杆两端铰接点半径及直角弹性平板和支杆两端柔性铰链尺寸对刚度的影响规律,为此类并联微动机器人刚度配置和机构优化设计提供理论依据.     

基于大行程柔性铰链的并联机器人刚度分析

基于大行程柔性铰链的并联机器人系统可以在立方厘米级的工作空间内提供亚微米级的运动精度。所采用的大行程柔性铰链的几何参数及其在空间内的布置,将会直接决定并联机器人的系统刚度,从而间接的影响整体系统的工作空间、承载能力和驱动负荷等一系列系统性能。提出了大行程柔性铰链基于刚度方程的弹性模型,采用刚度组集的方法并通过建立协调方程,构建得到整体系统的刚度模型。进而进行了系统刚度性能分析,得到系统刚度影响图谱,为这类新型的柔性并联机器人的设计与开发提供了有力依据。     

3自由度柔性微机器人的静刚度分析

柔性微机器人要求具有很高的定位精度，而其静刚度在很大程度上决定着这一指标。针对目前对柔性微机器人静刚度分析中存在的不足，采用了结构分析中的柔度矩阵法：首先建立起机构中柔性单元的柔度模型，同时通过不同坐标系间的转换和单元节点处位移协调方程和力平衡方程的建立，递推出机器人末端相对参考坐标系下的静刚度矩阵。最后，以3自由度并联柔性微机器人为实例分析了该机器人的静刚度。分析表明：利用柔度矩阵法分析柔性微机器人运动学问题不仅便于计算，更接近柔性机构的本质。     

绳牵引并联机器人的静刚度解析

基于微分变换和线几何理论,建立包含关节弹性变形以及绳拉力等因素的绳牵引并联机器人的刚度模型,推导刚度矩阵的数学表达式.模型不仅考虑驱动单元、绳的弹性变形对机构刚度的影响,而且考虑机构在广义外力作用下由末端执行器微分运动所引起的结构矩阵的变化.通过线矢量的引入,分步求导模型中结构矩阵对末端执行器位姿变分的三维Hessian矩阵.模型表明,绳牵引并联机器人的系统刚度由两部分组成,其中一部分主要取决于绳的几何布置、末端执行器的位姿、驱动支链的物理特性;另一部分表达为结构矩阵相对末端执行器位姿的变分-Hessian矩阵与绳拉力矢量的乘积.大射电望远镜5m缩尺模型数值仿真与试验结果的对比验证了该方法的正确有效.     

基于压电陶瓷驱动的并联微动机器人静力学及其微动平台的静刚度分析

并联微动机器人通过弹性铰链的弹性变形实现终端平台的微运动,静力学和静刚度是微动机器人必须解决的问题。充分考虑弹性铰链的弹性反力/力矩,对6-PSS并联微动机器人进行静力学分析,建立了压电陶瓷驱动力与微动平台外载的关系模型,并定义了微动机器人的驱动刚度矩阵。基于并联微动机器人的特殊性,定义了微动平台的刚度,通过静刚度分析推导出了微动平台刚度矩阵,为并联微动机器人结构刚度设计、弹性铰链刚度综合和动力学分析提供了理论基础。     

基于几何非线性方法的大行程柔性并联机器人位置解

提出了一种厘米级行程、微米级精度的柔性6-PSS并联机器人,该机器人的被动关节采用了大行程柔性铰链。首先,提出了大行程柔性铰链的概念并建立了其刚度矩阵;通过组集支链刚度矩阵以及建立适当的协调方程,得到基于刚度矩阵的柔性并联结构的位置解模型;由于模型中几何非线性问题的存在,在求解位置反解时,采用了修改的拉格朗日列式法;最后,给出了基于增量法解答的位置解算例。     

基于影响系数的新型全柔性微动并联机器人运动特性分析

研究了新型全柔性微动三平移并联机器人机构{R／／R／／R／／P（4R）}／／{R／／R／／P（4R）／／R}上{R／／R／／R／／P（4R）}的运动学特性，并进行了模拟仿真验证。首先求解机构的位置正解方程，并对该并联机构的运动学解耦特性进行分析，发现该三平移机构为近似完全解耦的机构；然后利用基于影响系数的方法，比较容易地推导出了该机构的速度、加速度的准确表达式，避免了繁琐的正解方程的求导微分；最后利用ADAMS软件、MATLAB软件对机构的运动学特性进行了仿真模拟与理论计算，验证了理论推导的正确性。     

基于最小二乘支持矢量机的四绳牵引6自由度欠约束并联机器人的静刚度分析及优化

在考虑悬链线的情况下,推导出作用在四绳牵引6自由度欠约束并联机器人的绳拉力与工作平台位移之间的增量关系,从而获得系统静刚度矩阵的解析表达式。根据最小二乘支持矢量机泛化和学习能力强的特点,对工作空间内小样本的数据进行拟合,描绘机构某点处的刚度矩阵及其在主工作平面内三个方向平动的静刚度变化情况,寻找最薄弱的环节,并利用该方法的全局优化能力对机械的结构进行优化设计。分析结果表明,机构横向平动刚度较弱,通过减小机构的长宽比可以有效地增强该方向的刚度。     

3-RRS柔性并联机器人的动力学建模与频率特性分析

对3-RRS柔性并联机器人进行了动力学建模和频率特性分析,提出了一种空间柔性梁单元模型。基于有限元理论、运动弹性动力分析方法和Lagrange方程,建立了3-RRS柔性并联机器人的支链动力学模型,通过系统的运动协调关系将各支链组装在一起,得到系统的弹性动力学方程。在此基础上,通过仿真算例分析了系统固有频率与机构基本参量之间的关系。结果显示,系统固有频率与结构尺寸、截面参数和材料参量等之间都存在密切的联系。     

全柔性机构在并联微动机器人中的应用

柔性机构,特别是全柔性机构以其特殊的性能在微位移、微操作、微装配等领域得到广泛应用。通过对柔性机构的特点、全柔性微动机器人与普通平面机构、平面并联机构、空间并联机构结合的例子等的介绍,对柔性机构,特别是全柔性机构在微动并联机器人领域的国内外发展现状作了较全面的介绍。指出了目前存在的若干主要问题。     

一种三自由度全柔性并联微动激振台的设计

根据工程多维振动模拟的需要,设计了一种非对称全柔性3-RRRP微动并联激振台机构。在普通非对称3-RRRP并联机构基础上,将机构中的普通关节全柔性化,形成新型全柔性微动并联机构,在全柔性并联机构的主动件处施加单自由度的压电陶瓷激振器,设计出全柔性的多维微动激振台,经理论分析,发现该振动台具有三平移的微振动模拟输出。最后,对之进行了ADAMS软件仿真模拟,模拟结果显示,此种全柔性多维微动激振台可以以单层结构实现不同方向单自由度的平动振动模拟,也可以实现多维(二自由度或三自由度)微动振动的模拟输出,且激振输入与振动输出运动学完全解耦,具有相同的振动规律与振动频率,容易控制。     

IC芯片粘片机并联焊头机构的静刚度分析

针对所设计的IC芯片粘片机的并联焊头机构,建立了机构的静刚度模型。使用M atlab软件绘出了机构在整个工作区间的静刚度特性曲线,并对左右驱动部分和连杆的刚度对其影响进行了分析。根据这些曲线,说明所设计的并联焊头机构能满足IC芯片粘片机的工作要求。     

柔性平行导向机构的静刚度分析

柔性机构是一种新型机构。作为一类最简单的柔性机构 ,柔性平行导向机构被广泛应用在精密定位场合。由于在精密操作中要求机构具有很高的定位精度 ,而机构的静刚度在很大程度上决定着这一指标。针对静刚度分析的重要作用以及目前对机构静刚度分析中存在的不足 ,采用结构分析中的柔度矩阵法建立了一种新的用来分析机构静刚度的理论模型。其结果相对原有模型更接近有限元仿真的结果     

柔顺并联机器人动力学及轨迹跟踪

以含有开槽型柔顺关节的并联机器人为研究对象,对其动力学及轨迹跟踪问题进行研究。根据柔顺关节特性,建立系统分析模型,应用拉格朗日方法建立系统动力学方程。为补偿系统具有的不确定性,分别设计趋近律上界滑模控制策略和径向基函数(Radial basis function,RBF)神经网络趋近律滑模控制策略,基于Lyapunov理论证明了系统的全局稳定性。应用S型速度规划曲线,分别给出直线轨迹和圆轨迹的运动规划算法。仿真结果表明,系统模型及控制策略能够有效实现柔顺关节并联机器人的轨迹跟踪。     

高温发汗润滑体单胞接触应力分析模型研究

采用“无限大板”中孤立小孔应力集中方法,建立了一种新的以特征参数λ表征的厚壁单胞体接触应力理论模型;以高温发汗润滑体为对象,采用该模型仿真分析了单胞体在特征参数λ≤0.4情况下的胞内应力分布状态。结果表明：随着外载荷的增大,接触半径逐渐增大,且接触区域的各向应力（绝对值）均逐渐变大;最大剪应力逐渐从胞体表面向胞体内部迁移,其y向最大应力从接触中心逐渐向孔边θ=0和θ=-π,r=r₂处转移,x向最大应力从接触中心逐渐向孔边θ=-π/2,r=r₂处转移;该应力集中区逐渐取代胞体接触表面而成为微裂纹诱发源。λ对胞体接触应力分布也有很大影响：当λ=0.4时,孔穴应力集中区与胞体接触区的y向应力差值最大;当λ=0.1时,两处的x向应力差值最大;当外载荷大于1000N时,λ=0.2的胞体内的最大剪应力具有最小值。     

一种柔索并联机器人的刚度解析

大射电望远镜(LT)馈源柔索支撑系统是一种大跨度强非线性柔索并联机器人(WDPR),其刚度在相当程度上决定了它的有载定位精度。针对目前没有用解析法分析此类机器人刚度矩阵的现状,运用微分变换原理推导出它的完整刚度的解析表达式。基于馈源柔索支撑系统的非线性力学模型,得出动平台中心所受外力矢量的矩阵表达式,通过对外力变分来获取系统刚度矩阵与终端外力矢量、终端位移矢量的关系式,此刚度矩阵主要与柔索张力以及结构参数有关。以LT50m模型为例分析了该机器人的刚度。数值结果表明刚度矩阵的分析方法是有效的。研究结论对LT500m原型馈源支撑系统的结构设计、振动分析及运动控制均具有很好的借鉴作用。     

基于多目标拓扑优化的全柔顺并联机构构型固有振动频率研究

为有效抑制随机振动对超精密定位与加工装备性能的影响,提高本体机构的固有响应频率,提出了基于多目标拓扑优化的全柔顺并联机构构型设计方法。基于折衷规划法和平均频率法定义了多目标优化函数,并以体积分数为约束条件,建立了全柔顺并联机构SIMP拓扑优化模型。基于Optistruct软件及优化准则算法,并结合微分矢量同构映射雅可比矩阵,实现了全柔顺并联机构构型多目标拓扑优化设计。研究结果表明：所设计出的3-PRR型全柔顺并联机构与并联原型机构具有微分运动一致性,且优化过程中的频率交叉振荡明显减弱并趋于收敛。     

新型PRRR+PURU+S球面并联人形机器人踝关节机构静刚度性能分析

提出了一种新型PRRR+PURU+S球面并联人形机器人踝关节机构,对该8次超静定机构进行了静刚度分析。首先基于各构件的弹性变形,利用小变形叠加原理,推导出机构动平台角位移、球心点线位移与各作用力的解析关系式;然后利用该机构静力学分析的结果,即各构件上的力与机构外载荷的关系方程,建立机构外载荷与机构动平台角位移、球心点线位移的解析关系,进而得到机构的静刚度矩阵;最后采用正交变换方法,得到机构的6个主刚度及其所在方向。研究结果表明,与UP+R踝关节机构相比,新型踝关节机构的角位移刚度、线位移刚度均有增大,其中线位移刚度大幅增大,基本实现刚度均衡。