3-RRR平面并联微动机器人的运动学分析

运动学分析是并联机器人机构分析中的首要问题,是进行机构动力学分析、精度分析的基础,而全柔性微动机器人机构的首要目标就是精确实现所需的运动。因此对其运动学的研究在机构学领域占有重要的地位。本文对平面并联微动机器人进行了建立伪刚性模型,采用闭环矢量原理建立理论运动学线性模型,得到理论Jacobian矩阵,其次对该机构进行实验分析,得到工作平台的实验输出位移和方位角(Jacobian矩阵);然后用ANSYS软件对其进行有限元分析,得到有限元运动学模型(Jacobian矩阵值),最后通过分析比较该机构的理论运动学方程、实验运动学方程和有限元运动学方程,得到输出平台适用的运动学方程。     

新型虚拟轴三维坐标测量机构3-RRC的运动分析

简要介绍了坐标测量机的发展动态及新型虚拟轴三维坐标测量机构3—RRC的测量原理，并用运动影响系数法对其进行了运动分析，为测量机的运动性能评价提供了理论依据。借助于ADAMS软件进行动态仿真，检验了理论推导的正确性，提供了机构的运动学特性曲线。     

基于PC机的并联机床数控系统的研究

研究了基于PC机的并联机床数控系统的设计和开发，此数控系统以Kollmorgen运动控制卡为运动控制核心，包括多个软件控制模块。     

六轴并联机床运动精度的标定研究

在对六轴并联机床进行运动精度标定的过程中，采用光栅球杆仪对并联机床运动平台的位置和姿态进行间接测量；针对实际标定过程中由于测量仪器自身精度产生的量测噪声造成最终辨识结果严重失真的问题，采用矩阵重构的方法来加以克服。仿真和实验结果表明上述方法可以有效地提高并联机床的运动精度，为并联机床的标定探索了一条切实可行的途径。     

基于3-PRS并联机构结构动力学有限元建模与分析

采用有限方法建立3-PRS并联机构的刚-弹耦合的多体系统动力学模型,并求解了该模型。建立的模型与MSCPatran的计算结果相差无几,误差率不超过5%,这说明模型是正确的,而且完全满足精度要求,从而开辟了虚拟轴机床动力学研究新的思路。     

基于3-UPS机构并联机床的运动学分析

结合并联机床的机构特点,采用矢量法建立了3-UPS并联机床机构运动学模型,运用求导法推导了3-UPS机构的一阶影响系数矩阵,分析了机构的奇异性和平稳性。     

6-UPS并联机床静刚度的有限元分析和实验研究

用有限元方法分析一种6-UPS并联机床的静刚度，基于AN—SYS建立该机床的有限元模型，考虑了并联机床的支链和机架的变形，并利用Matrix27单元来模拟铰链；通过APDL语言实现有限元模型的参数化设计，计算出并联机床在工作空间内的刚度分布。静刚度实验表明了该模型的有效性。通过该有限元模型还可以对并联机床的动态性能做进一步分析。     

基于 ANSYS并联机床结构形式的有限元分析

为探讨并联机床结构刚度对并联机床性能的影响,在并联机床刀具顶点受力相同的情况下,利用AN SYS软件对三种并联机床的主要结构形式进行了静刚度有限元分析,得出了三种结构的位移变形、最大应力和动平台的最大位移变形。经过分析比较,认为交叉结构是并联机床比较理想的结构形式。     

并联机床的刀位文件预处理

以六自由度 6 TPS型并联机床的结构模型为例 ,介绍了由刀位文件生成机床数控代码的一般过程 ,提出了包括相对于X Y、Y Z、Z X等平面作镜像和绕X、Y、Z等轴旋转在内的刀位文件预处理方法 ,并开发了相应的预处理模块。对零件的数控加工试验验证了本方法及系统的正确性和实用性     

3-TPT 型并联机床的精度分析与仿真

为提高3-TPT型并联机床的运动精度,解决杆长误差和铰链间隙误差的影响问题,将3-TPT型并联机床的各条支链作为假想的单开链,利用矩阵法结合从运动学方程微分得到的结论,推导出杆长误差和铰链间隙误差与终端动平台位置误差的映射关系.以东北大学研制的3-TPT型并联机床为模型,在MATLAB下利用蒙特卡洛方法分析了工作空间内杆长误差和铰链间隙误差对终端运动精度的影响规律.仿真结果表明,该机床的终端输出误差较小,约为输入误差的1/15～1/12.5,基于该构型的试验平台可达到较高的运动精度.     

Homing Strategy for a 4RRR Parallel Kinematic Machine

Returning home is the most important process of a parallel kinematic machine (PKM) with incremental encoders.Currently,most corresponding articles focus on the accuracy of homing process,and there lacks the investigation of the operation’s safety.For a 4RRR PKM,all servoaxes would be independently driven to their zero positions at the same time based on the traditional homing mode,and that can bring serious interfere of the kinematic chains.This paper systemically investigates this 4RRR PKM’s safety of homing process.A homing strategy usually contains three parts which are the home switches’ locations,the platform’s initial moving space,and each links’ homing direction,and all of them can influence the safety of homing operation.For the purpose of evaluating and describing the safety of the homing strategy,some important parameters are introduced as follows:Safely homing ratio (SHR) is used to evaluate the probability of a machine’s successfully returning home from an initial moving space;Synchronal rotational angle (SRA) is the four links’ largest synchronal rotational angle with given directions from a given pose.Whether a machine can safely return home from a given pose can be judged by comparing the SRA with all four home switches’ mounting angles.By meshing the initial moving space and checking the safeties of returning home from all the initial poses on the nodes,the SHR of this initial moving space can be calculate.For the sake of convenience,the platform’s initial moving space should be as large as possible,and in this 4RRR PKM,a square zone in the center of the workspace with a giving initial rotation range is selected as the platform’s initial moving space.The forward direction is selected as each link’s homing direction according to custom,and the platform’s initial rotational angle is selected as larger than 0° based on this 4RRR PKM’s kinematic characteristics.The platform’s initial moving space can be defined only by the side length of the initial moving square.By setting a probable searching step and calculating the SHR of the initial moving square,an optimal procedure of searching for the largest side length of the platform’s initial moving square is proposed.The homing strategy proposed is based on a systemic research on the safety of homing process for PKM,and the two new indexes SHR and SRA can clearly describe the safety of homing operation.The homing operation based on this strategy is fast and safe,and the method can also be used in other PKMs with the situation of serious components’ interference.     

Exechon并联模块的静刚度建模与分析*

为研究Exechon并联模块的刚度性能,采用子结构综合方法建立该模块的刚度解析模型。分别采用虚拟关节法和有限元法计入各关节和支链体的柔性,并通过推导动平台和支链装配体间的变形协调方程构建出系统的弹性静力学模型。由系统方程抽取出动平台刚度矩阵,据此预估Exechon并联模块在典型位姿和工作全域内的刚度性能,并将其与有限元仿真结果进行对比。结果表明,所建解析模型具有较高计算精度,可快速预估机构工作全域的刚度特性;Exechon并联模块在工作空间任一截面内的刚度关于x轴对称分布,且沿w方向的刚度受机构位形影响较小。     

德国并联运动机械的研究活动及研究成果最新进展

主要介绍以德国为主的欧洲工业国家开展并联运动机械的研究活动,简述其在并联运动机械元件开发、结构型综合与设计、结构性能优化和参数优化、设计工具和环境的开发、设计方法学及工业应用方面的最新研究成果,以期对我国学术界、企业界开展并联运动机械的研究与开发提供借鉴和启示。     

应用闭环矢量原理建立三自由度平面并联微动机器人运动学模型

近年来面向生物工程、医学工程及微加工等领域的微操作机器人技术受到国内外学术界和工程界的广泛关注,发展速度极快,已被应用于实现细胞的注射和分割,微机电产品的加工和装配以及微外科手术等。微动机器人具有无摩擦无间隙、响应快、结构紧凑、刚性好、误差积累小等特点,以柔性铰链代替传统铰链后并联机构就正好具备以上特点适合用作微动机器人。本文对三自由度平面并联机器人(3-RRR型)采用闭环矢量原理建立了线性且有效的运动学模型,并利用MATLAB7.1软件编程计算出输出平台的位移、方位角与输入位移的关系。     

基于虚拟样机技术的3-UPS并联机床仿真研究

以3-UPS并联机床为研究对象,应用虚拟样机技术建立参数化仿真模型,给出了并联机床虚拟样机设计流程和系统结构。利用该样机模型对并联机床进行了运动学和动力学分析,为并联机床结构和数控系统设计提供了主要参数和理论依据。     

5-UPS/PRPU五自由度并联机床精度分析

介绍了一种新型的5—UPS/PRPU五自由度并联机床，采用矩阵法建立了该并联机床的误差模型，利用蒙特卡洛技术模拟分析了驱动杆杆长误差、球铰以及虎克铰间隙对终端平台误差的影响，最合对机床的精度进行了实例分析，为该机床样机的顺利研制奠定了基础。     

并联机床运动仿真与运动学分析的新方法

为了不建立数学模型完成并联机床机构的运动仿真和运动学分析，提出综合利用CAD软件所具有的装配约束和尺寸驱动功能实现运动仿真和运动学分析的方法。给定刀具位置与姿态的驱动尺寸和杆件长度的被驱动尺寸，在装配约束作用下驱动尺寸带动整个机构运动，实现运动仿真，记录杆件长度的被驱动尺寸，得到杆长的值。用Matlab软件拟合杆长数据，得到刀具位姿（驱动尺寸）与每个杆长值（被驱动尺寸）的拟合曲线和拟合方程，求解了杆件的速度和加速度方程。计算机模拟结果表明，并联机床运动仿真与运动学分析方法简捷直观，速度快，求解精度高，可完成其他多自由度并联机构的运动仿真和运动学分析，是并联机构的运动仿真和运动学分析的有效工具。     

新型并联机床的柔度指标及其在工作空间内分布研究

研究并联机床的柔度及其在工作空间内的分布情况，对并联机床的方案设计和使用有重要意义，对一种新颖的以6－SPS正交3维平台机构为原型6自由度并联机床的变形与力关系进行分析，基于柔度矩阵的子阵，提出该并联机床在任意位姿的4个柔度评价指标，并给出了这些评价指标在定位姿工作空间内的分布情况，为该并联机床的合理任务规划和因受力变形而 产生的加工误差分析提供依据。     

并联机床静刚度研究

常见的并联机床静刚度分析理论发展尚未完善。本文在研究并联机床静力学的基础上,使用能量法分析在外载荷作用下的并联机床变形量,从而获得在不同位姿下并联机床的静刚度。利用上述方法,针对一台五自由度的并联机床进行了分析,获得了其静刚度。为并联机床静刚度研究及其设计提供了理论依据和方法支持。     

一种4自由度冗余并联机床的控制

在一台非冗余4自由度并联机床上添加一条具有主动驱动的冗余支链,构造4自由度驱动冗余并联机床,研究其控制策略。基于相应的非冗余并联机床的位置控制,对冗余机床的冗余支链采用力控制方式以控制冗余支链的内力,其他运动支链采用位置控制以保证机床的运动精度。在推导出控制系统传递函数的基础上,分别分析控制系统的稳定性、抗干扰能力和响应性能。最后将位置/力控制方式集成到冗余机床的数控系统中,并进行试验研究。通过机床沿圆形轨迹运动的轮廓误差试验证明此控制方式可以保证冗余并联机床和对应的非冗余机床具有相似的轮廓误差,而且冗余支链减小了非冗余伸缩支链中的间隙,从而证明了冗余支链力控制工程的有效性和可行性。