2TIR型少自由度并联机器人新构型及其运动

目的通过运动学分析,完善并联机器人理论,优选设计2TIR型新型并联机器人机构,解决并联机器人产业化关键技术．方法用添加约束法实现二维平动和一维转动的并联机器人构型设计。并对新构型进行约束分析和自由度计算;对新型3自由度并联机器人作位置分析和速度分析。用空间坐标转换理论推导出机构的雅可比矩阵;通过仿真方法描绘出机构的运动曲线、结果通过计算分析,用添加约束法作出的3种新构型3-TPS／RPP、3-TPS／CP和3-TPs／RUp。证明都具有3个自由度,能实现二维平动和一维转动．建立了新构型机构的位置正、反解计算方程．计算雅可比矩阵,求出速度反解．结论该类并联机器人的速度较平稳,可控性良好、3种2TIR型少自由度并联机器人新构型能实现预定的运动,具有良好的运动性能,可以进一步开发和应用．     

2T1R型少自由度并联机器人新构型及其运动

目的 通过运动学分析,完善并联机器人理论,优选设计2T1R型新型并联机器人机构.解决并联机器人产业化关键技术.方法 用添加约束法实现二维平动和一维转动的并联机器人构型设计,并对新构型进行约束分析和自由度计算;对新型3自由度并联机器人作位置分析和速度分析,用空间坐标转换理论推导出机构的雅可比矩阵;通过仿真方法 描绘出机构的运动曲线.结果 通过计算分析,用添加约束法作出的3种新构型3-TPS/RPP、3-TPS/CP和3-TPS/RUp,证明都具有3个自由度,能实现二维平动和一维转动.建立了新构型机构的位置正、反解计算方程.计算雅可比矩阵,求出速度反解.结论 该类并联机器人的速度较平稳,可控性良好.3种2T1R型少自由度并联机器人新构型能实现预定的运动,具有良好的运动性能,可以进一步开发和应用.     

无奇异3UPS+1RPU新型并联机构

为消除并联机构奇异性,研究一种约束支链法构成的新型并联机构.通过在3个UPS支链基础上添加1个RPU约束支链构成一种2转动2移动4自由度并联机构,采用矢量法和虚功原理对机构的运动学、静力学进行分析,得到机构的位置逆解、完整雅可比矩阵及静力映射矩阵;利用矩阵原理对雅可比矩阵进行分析,雅可比矩阵的秩反映了机构的奇异情况,推得约束支链对机构产生奇异性的影响结果.提出3UPS+1RPU并联机构消除机构奇异性的条件,进一步推广得到此条件同样适用于由约束支链法构成的其他非对称并联机构.结果表明,该研究方法为并联机构的奇异性消除提供了一种新途径.     

少自由度并联机构运动学解析方法研究

对于少自由度的并联机构,基于它在运动时受到的约束力和约束力矩.给出了约束力/约束力矩的判断准则.并推导出了少自由度并联机构统一的雅可比矩阵和Hession矩阵.最后,应用所推导理论,对3-RPS并联机构进行运动学分析.为少自由度并联机构的静力学、动力学解析提供了统一的运算依据.     

由支链构造并联机器人雅可比矩阵

为获得并联机器人雅可比矩阵,以移动平台上两点速度关系为基础,推导出一种由各支链机构雅可比矩阵构造并联机器人机构雅可比矩阵的表达式.该方法可用于并联机器人机构或混联机构雅可比矩阵的自动运算,乘法运算次数比排除了柔性杆件的Monsarrat和Gosselin推出的并联机器人机构雅可比矩阵形式少.通过平面5R并联机器人机构算例验证了该方法的正确性.     

新型两转动自由度完全解耦并联机构及其特性

针对并联机构内部耦合性给其运动学和动力学分析以及控制系统的开发带来的问题,提出一种新型的两自由度转动解耦并联机构．运用约束螺旋法对机构的自由度和运动特性进行分析,通过修正的Kutzbach-Grübler公式计算出机构自由度数目;利用各构件间几何关系,求解机构位置正反解解析表达式;根据机构输入与输出参数间关系式,推导得到机构雅可比矩阵,进而依据雅可比矩阵表达式,验证了机构的解耦特性,并进而讨论了驱动输入的选择对机构奇异的影响．提出的解耦并联机构丰富了机构构型库,对进一步应用具有理论指导意义．     

基于ANSYS的新型3-TPS并联机床静刚度分析

目的对新型3-TPS并联机床进行刚度计算和分析，找出不同型位下该并联机床刚度的变化规律和特点，使机床避免薄弱环节，以提高在高刚度下工作机床的加工精度．方法对并联机床刚度进行理论建模，找到对该并联机床静刚度产生影响的因素，然后应用有限元分析软件ANSYS对不同型位下、不同方向上的刚度进行仿真和计算．结果在同一位姿下，沿着Z轴方向刚度较大；在不同位姿下，极限位置的刚度最小；变形最大处在动平台与平行机构相连的铰链连接处；平行机构的变形量比较大．结论沿主刚度方向的刚度比其他方向大，远离极限位置可以提高刚度，并联机构的薄弱环节在动平台与平行机构联接的铰链处，平行机构的刚度将对整机刚度有很大的影响．     

含有纯约束分支的无耦合2T型并联机器人构型综合

为解决并联机器人强运动学耦合性问题,提出一种含有纯约束运动分支的无耦合二维移动(2T型)并联机器人的构型综合方法.此类并联机器人的分支运动链包括2种类型:向动平台提供驱动力的主动分支和仅提供约束的纯约束分支.首先基于机构输入-输出运动之间的数学模型和驱动力螺旋理论建立了机构主动分支的结构综合方法;然后根据分支运动特性和约束螺旋理论实现了纯约束运动分支的结构综合;最后按照各分支运动链的配置条件完成了并联机器人的构型综合,得到多种新型机构.对综合出的2种2-RURR/RRR和2-CPR/RPR并联机器人进行自由度和运动分析,基于其雅可比矩阵判断出机构均具有无耦合运动学特性,验证了所提出理论方法的正确性和有效性.     

约束力/矩对一种少自由度并联机构刚度及弹性变形的影响

研究约束力/矩对一种3UPS+RRPR少自由度并联机构的总刚度与弹性变形的影响。以主动约束力/矩为基础求解3UPS+RRPR少自由度并联机器人机构的刚度与弹性变形。首先分析该并联机构受力位置并确定主动约束力/矩的姿态。然后,分析该并联机构的主动约束分支的弹性变形,并解出主动约束分支的伴随矩阵。基于6×6的雅可比矩阵和主动约束分支的伴随矩阵,导出该并联机构的总刚度矩阵和弹性变形。最后得出结论:约束力/矩对该并联机构的弹性变形产生巨大的影响,当建立总刚度矩阵和弹性变形时,必须考虑约束力/矩。     

3-PRRU并联机构的解析雅可比矩阵

并联机构的雅可比矩阵将驱动关节的速度映射为动平台的线速度和角速度,是并联机构性能分析和设计的重要工具.为建立3-PRRU并联机构的完整雅可比矩阵,首先运用螺旋理论分析各分支,通过求出各分支的反螺旋系建立约束雅可比矩阵,该矩阵为3×6阶长方阵;然后锁定并联机构的驱动副后再求出各分支螺旋系的反螺旋系,可求出3×6阶驱动雅可比矩阵;最后综合这两个矩阵得到3-PRRU并联机的6×6阶雅可比矩阵.该矩阵可反映出机构的所有奇异.     

一种四足磁吸附爬壁机器人运动学分析及仿真

为实现爬壁机器人在不同曲率的铁基壁面上可靠吸附和自由运动,设计了一种能够全方位运动的四足磁吸附爬壁机器人。首先运用修正的Grübler-Kutzbach(G-K)公式对机器人进行了自由度分析。然后采用D-H法建立了机器人行走腿的连杆坐标系,分析了行走腿的正逆运动学。接着将机器人视为并联机构,分析了运载平台的正逆运动学,给出了逆运动学的解析解,并使用了一种基于牛顿法的求解含有冗余方程的数值算法得到了正运动学的数值解,建立了完整的机器人运动学数学模型。为了验证所建数学模型的正确性,使用Matlab根据所建数学模型编写计算程序,在Matlab和Adams中分别做了相同的正逆运动学仿真进行对比验证。最后使用螺旋理论得到了机器人的雅克比矩阵,结合Grassmann线几何理论分析了机器人的正逆运动学奇异位形,并验证了非冗余驱动时的一种正运动学奇异位形,给出了避免奇异性发生的方法。自由度分析结果表明运载平台具有六个自由度,能够完成空间全方位运动,机器人的结构设计合理;Matlab和Adams的仿真结果一致并且正逆运动学能够相互验证,说明了所建的数学模型的正确性,为机器人的运动控制、轨迹规划提供了理论基础;奇异性分析得出了机器人的奇异位形,为避免机构奇异性的发生提供了方向,利用逆运动学奇异性实现了无功耗静止。     

连续三轴平行机器人的避奇异规划

针对具有连续三轴平行结构的六自由度机器人,提出一种新的回避奇异的方法。通过分析机器人雅可比矩阵的结构,对雅可比矩阵进行改造;将六维的雅可比矩阵分割成两个三维雅可比矩阵。在此基础上,确定了机器人发生奇异的条件;并利用二次规划实现了机器人的避奇异;最后,通过实验验证了该算法的适用性,并与现有的最小阻尼方差等方法进行了比较,有较大的优越性。     

Study on singularity analysis with differential transform method for 3-RRUR parallel robot based on Jacobian matrix

Parallel robot is used in many different fields nowadays,but the singularity of 3-RRUR parallel robot is more complicated,so a method to analyze the singularity of the 3-RRUR parallel robot is very necessary.First,the Jacobian matrix was built based on the differential transform method through the transfer matrixes between the poles.The connection between the position parameters and singularity condition was built through the analysis of the Jacobian matrix.Second,the effect on the singularity from the position parameters was analyzed,and then the singularity condition was confirmed.The effect on the singularity condition from position parameters was displayed by the curved surface charts to provide a basic method for the designing of the parallel robot.With this method,the singularity condition could be got when the length of each link is firmed,so it can be judged that if a group of parameters are appropriate or not,and the method also provides warrant for workspace and path planning of the parallel robot.     

机构影响系数和并联机器人雅克比矩阵的研究

基于刚体运动学的原理，对机构影响系数进行了研究，用运动坐标系和拟牵连速度的概念给出了机构速度影响系数求解公式，揭示了机构影响系数的物理意义，明确地论证了机构速度影响系数只与机构瞬时位姿有关而与机构的真实速度无关的结论。并将该方法用于并联机器人的运动学研究，由此而给出了求解并联机器人的雅克比矩阵的方法。     

基于螺旋理论的3-RRR并联机构设计与仿真

基于螺旋理论分析了一种3-RRR并联机构的自由度和构型.通过分析动平台和各分支机构的约束螺旋系,构造3-RRR串联分支,运用修正Crübler-Kutabath公式计算出其自由度满足3个转动自由度.基于虚拟样机技术建立3-RRR并联机构虚拟仿真模型,进行正向运动学仿真和工作空间分析,从而找到该机构存在的缺陷,为少自由度并联机构运动学和动力学分析提供保证.     

并联机构运动学与奇异性研究进展

为了发展更多新型结构的并联机器人,克服传统并联机器人工作空间较小、奇异性与运动学正解分析复杂的缺点,针对并联机构运动支链结构形式,将并联机构分为杆支撑并联机构、绳牵引并联机构和钢带并联机构,并介绍了这3种并联机构的运动学原理.针对这3种并联机器人机构形式,从运动位置、工作空间、奇异位形3方面,对国内外并联机器人运动学与奇异性的研究现状进行详细的阐述.分析钢带并联机器人结构与驱动方式的特殊性,对钢带并联机器人在运动过程中由于钢带承载力有限导致失稳所带来的问题进行探讨.结果表明,并联机器人运动学与奇异性的理论研究方法还不成熟,需要从结构设计和理论2方面进行突破才能解决并联机器人发展的瓶颈问题,从而拓宽并联机器人的应用领域.     

Analysis of kinematic and singular configurations of an asymmetrical parallel mechanism

The forward kinematics and singularity configuration of an asymmetrical parallel mechanism with three translational degrees of freedom were analyzed. By establishing the position equations of the mechanism and obtaining the forward solutions, a better decoupling of the mechanism was proved. Based on the Jacobi velocity transfer matrix, the possible singularity configura-tions were studied and the methods avoiding these configurations discussed. Although improving the rigidity, the 4R structures in the mechanism also resulted in new singularity configurations. By analysis of a feasible instance, this kind of parallel mechanism can avoid all singularity configurations. Meanwhile, it was proved that the design of structure parameters and the choice of inputs range are important for rigidity and stability of parallel mechanisms.