新型3-TPS并联机器人平行机构的约束与运动学分析

目的为完善并联机器人理论．解决并联机床产业化关键技术．方法用螺旋理论方法分析平行机构的约束特性，并计算其自由度；用空间坐标转换理论推导出平行机构的雅可比矩阵；用仿真方法分析了机构的奇异性，获得工作空间的可操作度变化范围．结果新型3-TPS并联机器人的动平台只能作沿Y、Z两轴的平动和绕Y轴的转动。平行机构有3个自由度．结论由于平行机构对并联机器人的约束，使新型3-TPS并联机器人具有3个自由度，通过雅可比矩阵和机构奇异性的推导和计算，得到平行机构在工作空间中没有奇异形位和不定形位的结论．该方法可应用于类似并联机器人的结构设计与运动学分析中．     

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.     

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.     

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.     

四自由度并联微操作机器人的运动学分析

分析了2RPS+2TPS型四自由度并联微操作机器人机构的运动学特性;采用微分法推导了微位移增量矩阵的一般表达式以及输入、输出位移的雅可比矩阵;建立了微操作机器人的运动学方程、速度方程、加速度方程的显式正逆表达式,为微操作机器人的动力学与控制研究奠定了理论基础。     

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.     

新型6-PRRS并联机器人运动学和动力学研究

利用旋量理论和指数积方法求解了6-PRRS并联机构主动关节与被动关节的位置逆解。根据该并联机构的输入输出映射关系,推导出一种基于速度投影的雅可比矩阵求解方法。提出一种解决新型6-PRRS并联机器人逆动力学问题的系统方法,采用Lagrange法建立并联机器人的刚体动力学关系,应用虚功原理最终获得动力学模型。解决了6-PRSS并联机器人一系列运动学和动力学问题,这些方法具有一定的通用性,适用于类似并联机构的分析与研究。     

空间转动型3-SPS/S并联机器人的构型设计分析

根据盾构管片安装机器人拼装隧道管片时位姿调整的需要,运用系统枚举法构造了空间纯转动型3-SPS/S并联机构作为管片安装机器人的位姿调整机构,在对该机构进行位置、速度求解的基础上建立了机构的雅可比矩阵,提出并采用可操作度指标对机构的运动特性进行了分析研究。结果表明,该三维转动型并联机构能够实现管片姿态调整的运动要求,具有良好的可操纵性。     

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．     

3自由度并联按摩机构的运动学模型研究

为达到治病疗效,精准的穴位定位和精确控制的按摩力道是足部按摩机器人的关键。将机器人的按摩定位执行机构设计成并联滑块机构,对机构运动学进行建模,并利用MATLAB对所得到的位移、速度进行仿真验证。仿真结果表明:其运动学方程正、逆解和雅可比矩阵均为简洁的显式表达,便于实时控制;按摩触头随滑块的位移与连杆的角度变化作运动,可有效地调节其运动轨迹。     

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.     

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。     

用分离空间法解决冗余度机器人的最优规划

通过对冗余度机器人运动学的研究，提出了用分离空间法解决冗余度机器人的最优规划问题。将雅可比矩阵分为基本部分和次要部分，相应地描述机器人运动状态的物理量也分成两部分。在此基础上进行轨迹规划，回避对雅比矩阵伪逆的直接求解。     

Kinematics of novel 6-HTRT parallel robot

0　ＩＮＴＲＯＤＵＣＴＩＯＮＫｉｎｅｍａｔｉｃｓｏｆｒｏｂｏｔｃｅｎｔｅｒｓｉｔ’ｓｆｏｃｕｓｏｎｔｈｅｓｔｕｄｙｏｎｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐｂｅｔｗｅｅｎｉｎｐｕｔａｎｄｏｕｔｐｕｔｗｉｔｈ ｏｕｔｃｏｎｓｉｄｅｒｉｎｇｔｈｅｐｏｗｅｒｔｈａｔｐｒｏｄｕｃｅｍｏｔｉｏｎａｎｄａｃ ｃｅｌｅｒａｔｉｏｎ .Ｔｈｅｓｔｕｄｙｏｎｋｉｎｅｍａｔｉｃｓｉｓｔｈｅｆｏｕｎｄａｔｉｏｎｏｆｍｅｃｈａｎｉｃａｌｄｅｓｉｇｎ ,ｍｏｔｉｏｎｃｏｎｔｒｏｌ,ｐａｔｈｐｌａｎｎｉｎｇ ,ｔｒａｊｅｃｔｏｒｙｐｌａｎｎｉｎｇ…     

冗余度机器人在一般限制条件下的最优轨迹规划

在讨论冗余度机器人的最优轨迹规划过程中，提出了扩展雅可比矩阵法。将雅可比矩阵和限制条件函数对各关节位置的导数阵联合起来，构成扩展雅可比方阵。讨论了扩展雅可比矩阵的逆，得到了一般限制条件下的最优解与最小范数解的关系，并用此关系进行最优轨迹规划。     

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。     

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。