串联机器人加速度性能指标分析

以串联机构速度、加速度公式为出发点,通过理论推导提出一种同时基于机构一阶Jacobian影响系数矩阵和二阶Hessian影响矩阵的串联机构加速度性能度量指标,包括加速度性能指标、线加速度性能指标和角加速度性能指标。采用GOSSELIN提出的机构全域性能指标定义方法定义串联机构加速度全域性能指标、线加速度全域性能指标以及角加速度全域性能指标。最后,采用上述指标对串联工业机器人PUMA260机构进行实例分析,给出相应的性能图谱。结果表明,Hessian矩阵对机构加速度性能指标有着更重要的影响,度量指标在机构动力学性能分析中是可行的。     

4-RR(RR)R并联机构的动力学性能指标分析

利用位置反解分析4-RR(RR)R并联机构的空间位形,并采用虚设机构法和影响系数矩阵法建立Jacobian和Hessian矩阵,将Hessian矩阵引入全域性能指标中,不同于以往仅采用Jacobian矩阵作为评价机构性能的指标,使得对机构的动力学性能评价更加全面.对全新的4-RR(RR)R4自由度并联机构进行速度、加速度和惯性力性能指标分析,给出三项指标的性能图谱.改变机构尺寸,搜索4-RR(RR)R并联机构在不同机构尺寸下的工作空间,在可达工作空间内讨论机构尺寸变化对机构性能的影响,重点讨论Jacobian矩阵和Hessian矩阵对机构加速度性能的影响程度.对比加速度偏差的具体数值,发现Hessian矩阵对机构的加速度性能有着更重要的影响.最后利用Matlab软件对机构进行模型仿真.     

LR-Mate机器人动力学性能分析

给出评价5自由度串联机器人机构同时基于Jacobian和Hessian矩阵的加速度性能指标,进而得到5自由度串联机器人机构全域性能指标及全域运动性能波动指标。利用上述指标对LR-Mate机器人的加速度性能进行分析,绘制相关图谱。通过对试验结果进行理论分析,发现针对机构尺寸对机构性能的影响进行分析时,Hessian矩阵对机构加速度性能指标有着更重要的影响。最后,利用Matlab软件对LR-Mate机构进行动力学实体仿真,并给出速度、加速度仿真图谱,所得结果与理论分析结果完全一致,验证了理论分析的正确性和指标的可行性。     

FANUC M420iA机器人动力学性能分析与仿真

利用同时基于Jacobian和Hessian矩阵机器人动力学性能指标及预期相应的串联机器人加速度全局性能指标,对 FANUC M420iA(FMA)机器人机构进行了分析,给出了运动学和动力学性能指标的图谱,探讨了不同尺寸之间的性能差异.最后,利用OpenGL进行了实体仿真,验证了数值模拟的速度和加速度性能指标的正确性,为机构的优化设计提供了理论依据.     

平面冗余驱动并联机器人的性能分析与尺度综合

建立了平面2自由度冗余驱动并联机器人的Hessian矩阵,将Hessian矩阵引入全域性能指标中,进行速度、加速度和灵巧度性能指标分析,给出三项指标的性能图谱,讨论结构尺寸变化对机构性能的影响。以该机器人速度、加速度和灵巧度指标为目标函数,以无奇异位形和工作空间为约束条件进行基于性能图谱的尺度综合,对不同权重优化结果的讨论为该机器人的构形设计提供了参考。     

一种四自由度并联机构的性能指标分析

通过改变并联机构的拓扑结构,得到了一种具有空间四自由度的并联机构。根据位置关系方程,通过理论推导,得到了机构速度和加速度映射解析方程,同时求出了机构的一阶和二阶影响系数矩阵。综合分析了机构的运动学和动力学性能指标,得到了影响多种性能指标的敏感因素。考虑量纲的不同,将Jacobian矩阵分离,在动平台任务空间内,研究了决定速度和力、角速度和力矩的性能指标。提出了对Hessian矩阵采用"分层"研究的方式,在任务空间内,得到了各支链扰动对机构加速度和惯性力性能的影响程度。研究结果为机构的设计和优化以及控制策略的选择提供了理论依据。     

一种新型并联机构4-RPR的性能分析

利用同时基于一阶Jacobian矩阵和二阶Hessian矩阵的性能评价指标体系,对一种新的并联机器人机构4-RPR进行了运动学及动力学性能分析。通过分析机构尺寸和性能指标之间的关系,进行了机构性能的优化,为机构设计提供了理论依据。     

基于Hessian矩阵的3-■并联机构的性能分析

利用包括Jacobian矩阵和Hessian矩阵的全域性能指标对新型的3-RR(RR)R并联机构的速度和惯性力性能进行分析,不同于以往仅依据Jacobian矩阵对机构的性能进行评价,给出机构的性能图谱,通过观察图谱挑选出有利于提高机构性能的机构尺寸,为机构的优化设计提供理论依据。     

基于Hessian矩阵的3-(RR(R R)R)并联机构的性能分析

利用包括Jacobian矩阵和Hessian矩阵的全域性能指标对新型的3-RR（RR）R并联机构的速度和惯性力性能进行分析，不同于以往仅依据Jacobian矩阵对机构的性能进行评价，给出机构的性能图谱，通过观察图谱挑选出有利于提高机构性能的机构尺寸，为机构的优化设计提供理论依据。     

2-RUUS机构动力学性能分析

对新型的2-RUUS机构进行机构位形分析,利用虚设机构法求出机构的影响系数矩阵,采用影响系数法和微分法分别求出机构的输入速度和输入加速度仿真曲线,验证了影响系数矩阵的正确性。同时给出任意机器人机构惯性力和机构尺寸以及机构质量之间的关系不等式,及相应的惯性力全域性能指标,利用该指标公式可以对任意机器人机构进行杆件尺寸和质量对动力学性能影响的分析。在只考虑机构尺寸的情况下,利用加速度全域性能指标和惯性力全域性能指标,分析2-RUUS机构的动力学性能,绘出上述指标的性能图谱。得到该机构尺寸和动力学性能的关系变化趋势,同时也得到了所讨论的机构范围内性能较好的机构尺寸。     

Kinematics and Dynamics Hessian Matrices of Manipulators Based on Screw Theory

The complexity of the kinematics and dynamics of a manipulator makes it necessary to simplify the modeling process.However,the traditional representations cannot achieve this because of the absence of coordinate invariance.Therefore,the coordinate invariant method is an important research issue.First,the rigid-body acceleration,the time derivative of the twist,is proved to be a screw,and its physical meaning is explained.Based on the twist and the rigid-body acceleration,the acceleration of the end-effector is expressed as a linear-bilinear form,and the kinematics Hessian matrix of the manipulator(represented by Lie bracket)is deduced.Further,Newton-Euler’s equation is rewritten as a linear-bilinear form,from which the dynamics Hessian matrix of a rigid body is obtained.The formulae and the dynamics Hessian matrix are proved to be coordinate invariant.Referring to the principle of virtual work,the dynamics Hessian matrix of the parallel manipulator is gotten and the detailed dynamic model is derived.An index of dynamical coupling based on dynamics Hessian matrix is presented.In the end,a foldable parallel manipulator is taken as an example to validate the deduced kinematics and dynamics formulae.The screw theory based method can simplify the kinematics and dynamics of a manipulator,also the corresponding dynamics Hessian matrix can be used to evaluate the dynamical coupling of a manipulator.     

3-(2SPS)三平动并联机构局部承载能力分析

少自由度并联机构应用于机床上时要求具有较好的承载能力,而其承载能力与机构的雅可比矩阵密切相关,应用机构学理论求出其力雅可比矩阵,定义承载能力性能指标,得出了该指标在工作空间内的分布情况,并分析了局部承载能力性能指标与结构参数之间的关系,为该型并联机构的设计与开发提供了依据。     

七自由度自动铺丝机器人的自运动流形分析

定义了位姿解耦的冗余自由度机器人位置关节空间流形和姿态关节空间流形,将位置关节空间流形和姿态关节空间流形进行配对得到冗余自由度机器人的自运动流形。利用定义的位置关节空间流形和姿态关节空间流形对七自由度自动铺丝机器人进行分析,分别得出七自由度自动铺丝机器人的位置关节空间流形和姿态关节空间流形,配对以后得出七自由度自动铺丝机器人的自运动流形,并进行了仿真验证,结果表明这种分析方法得到的自动铺丝机器人的自运动流形是正确的,而且对于其他类型位姿解耦的冗余自由度机器人自运动流形分析也是适用的。     

3-（2SPS）三平动并联机构局部承载能力分析

少自由度并联机构应用于机床上时要求具有较好的承载能力,而其承载能力与机构的雅可比矩阵密切相关,应用机构学理论求出其力雅可比矩阵,定义承载能力性能指标,得出了该指标在工作空间内的分布情况,并分析了局部承载能力性能指标与结构参数之间的关系,为该型并联机构的设计与开发提供了依据。     

新型2-TPS/2-TPR并联机构完整Jacobian矩阵

基于螺旋理论建立2-TPS/2-TPR少自由度非对称并联机构完整Jacobian矩阵,它由约束子矩阵和运动子矩阵组成。这两者在并联机构分析(特别是在进行尺寸综合等运动学设计和性能评价)中起着重要的作用。首先,利用螺旋理论先导出2个TPR分支链对平台的约束子矩阵;其次,分别锁定各支链主动副,基于螺旋理论依次导出4个支链对应的运动子矩阵。在约束子矩阵和运动子矩阵基础上,推导出2-TPS/2-TPR并联机构完整Jacobian矩阵。根据实际运用布置2-TPS/2-TPR并联机构铰链,得到其完整Jacobian矩阵,为今后对该机构的进一步分析提供依据。     

3-RSR并联机器人静力学和刚度的研究

运用螺旋理论求得3-RSR并联机器人的雅可比矩阵,利用雅可比矩阵建立了动平台所受外力和外力矩到驱动关节的映射关系,使静力学计算变得十分简单,还可以求得动平台的刚度矩阵,并为动力学研究打下基础。