三自由度并联机器人运动学和动力学建模与仿真

为解决三自由度并联机器人运动学正解求解困难和动力学建模复杂等问题,利用一种三闭环矢量法建立并联机器人运动学模型,并且采用三球体交叉点法,对并联机器人的运动学正解问题进行分析;运用虚功原理对并联机器人进行动力学建模,使得求解和建模过程变得简单、详细和直观。在MATLAB中建立模型,并在V-REP软件中进行仿真验证,搭建物理环境,对整机系统进行试验研究,验证了运动学和动力学模型的正确性和实时性     

3-PUU并联机构工作空间分析与优化

提出了一种新型3-PUU并联机器人,对该机器人进行运动学分析,得到了3-PUU并联机器人的运动学反解,在此基础上,分析了移动副和虎克铰对工作空间的限制。采用三维极限搜索法求解了工作空间,并对该并联机器人的工作空间进行了优化分析。结果表明:优化后的工作空间明显增大,该种机器人具有较好的实际应用前景。     

基于虚拟样机技术的并联机床多柔体系统运动学仿真分析

通过对3-TPT并联机床的运动特性进行分析,得出了其运动学方程,由于并联结构的特点,其考虑杆件柔性的多体系统的运动特性难以用方程求解。因此,本文利用有限元分析软件ANSYS,建立了机床柔性杆件的有限元模型,然后利用多体动力学仿真软件ADAMS形成了机床的多体系统模型,对其进行了运动学仿真,得出了运动学仿真曲线,并分别将刚体和柔性体仿真结果进行对比。结果表明柔性多系统的运动较多刚体系统的运动更为平稳,其运动能更真实、准确地反映出并联机器人的实际运动特性。     

3-PRR全柔顺并联机构的水平集多目标拓扑优化设计及灵敏度分析

采用同构映射和微分运动学原理并基于显式运动副的传统3-PRR型并联机构,推导其微运动Jacobian矩阵。基于水平集方法,定义柔度最小化为优化目标函数,以微运动Jacobian矩阵为输入、输出映射的运动约束,以优化前后的材料体积分数为优化约束,构建3-PRR全柔顺并联机构的优化模型,运用Opti Struct优化求解器,求解出3-PRR全柔顺并联机构的最佳构型和设计灵敏度。研究表明:所设计的3-PRR全柔顺并联机构与传统3-PRR型并联机构具有一致的微运动特性,优化结果的柔度值达到最小化的同时,能有效地消除应力集中现象。该理论分析和仿真优化对平面乃至空间弹性微变形机构,甚至是智能蠕动机构的最佳构型设计具有切实可行的意义。     

一种3 PUPU并联机构的位置分析与动态仿真

针对串联机器人和3-PUU并联机器人机构的结构特点和运动学特性,提出了一种3-PUPU并联机器人机构。研究描述了该并联机器人机构的几何关系,其具有三条相同的支链,且每条支链均以两个移动副作为驱动副。以该机构的运动学位置理论分析为基础,利用SolidWorks建立了该机器人机构虚拟样机,并在ADAMS软件中对机构位置作动态仿真。仿真结果验证了该运动学正反解的正确性。     

三自由度驱动冗余并联机器人刚度性能与尺寸关系研究

以平面三自由度驱动冗余并联机器人为研究对象,应用空间模型理论建立了机器人机构的空间模型,求解机器人机构的速度雅可比矩阵和柔度矩阵,进而得到全域刚度性能评价指标。在此基础上探讨了机器人机构刚度性能与运动学尺寸之间的关系,并绘制了刚度性能图谱。这些图谱将有助于该机器人机构的优化设计。     

基于聚类分析法和粒子群算法的柔顺定位平台优化设计

3-RRR柔顺并联微动平台多响应优化设计中存在各种因子影响和交互影响的情况,导致柔度不稳定。为解决此难题,将聚类分析法和响应曲面法相结合,提出一种优化该机构柔度稳健性的新的设计方法。通过建立微动平台多方向的铰链柔度运动模型,进行试验设计和聚类分析;引入响应曲面法构建响应曲面模型并且利用粒子群算法寻优求解;通过信噪比指标评判结果,得到满足约束条件的稳健优化设计方案。实例表明：引入的聚类分析方法可以为柔性铰链多目标稳健优化设计提供一种新的解决方法且效果良好。     

三自由度平面驱动冗余并联机器人刚度性能与尺寸关系研究

以平面三自由度驱动冗余并联机器人为研究对象,应用空间模型理论建立了机器人机构的空间模型,求解机器人机构的速度雅可比矩阵和柔度矩阵,进而得到全域刚度性能评价指标。在此基础上探讨了机器人机构刚度性能与运动学尺寸之间的关系,并绘制了刚度性能图谱。这些图谱将有助于该机器人机构的优化设计。     

一种等效的并联机器人运动学仿真方法

研究了一种三自由度平动并联机器人的机构特点,并在此基础上提出了一种等效的并联机器人运动学仿真方法.最后,运用一组合理的并联机器人结构参数作为仿真原始数据,在Envision仿真软件上进行了仿真方法的研究和验证.     

3-RPC分布柔度式柔顺机构结构设计

针对传统柔性并联定位机构定位精度低,无法满足高精度定位要求的问题,提出分布柔度式柔顺机构。基于传统并联机构为设计原型,采用拓扑优化理论对空间定位机构进行拓扑优化设计,以得到空间分布柔度式柔顺机构,首先,以3-RPC传统并联机构为研究对象,建立微运动矢量映射关系。然后,建立3-RPC分布柔度式柔顺机构的材料插值模型,运用曲线拟合方法对拓扑后的构型轮廓进行拟合修正,并建立其拟合修正后的三维模型。最后,通过Hyper Works有限元软件对机构进行静力学分析,并对3-RPC分布柔度式柔顺机构实体模型进行试验研究。结果表明:与同构型的柔性并联机构相比,空间分布柔度式柔顺机构具有相同的微动特性,定位精度高,误差在允许范围内,进而验证了空间分布柔度式柔顺机构的拓扑优化设计方法的有效性,为空间分布柔度式柔顺机构优化设计提供了新思路。     

混联式重载铸造机器人结构设计与分析

针对现有浇注技术的不足,为解决人工浇注和串联机器人固定工位浇注存在的负载小、柔性度不足和工作效率低等问题,基于机构拓扑结构理论,设计了一种5自由度混联式重载铸造机器人。介绍了铸造机器人的总体设计方案和工作原理,完成并联工作臂的设计和自由度计算;并运用ADAMS软件对并联工作臂进行运动学仿真分析与模型控制设计,对浇包的运动规律与并联工作臂滑台位移变化规律进行了分析。结果表明,并联工作臂的结构设计可靠合理,所设计的混联式可移动重载铸造机器人能够满足浇注要求,提高了浇注效率。     

刚柔耦合关节SCARA机器人的双柔性动力学模型北大核心

针对电子装配机器人高速高精要求,提出一种能够利用柔性铰链变形补偿轴承摩擦死区,实现高精度定位运动的刚柔耦合关节SCARA机器人的概念设计,并建立考虑柔性铰链变形与机械臂一阶弹性变形的双柔性动力学模型。首先,设计一种刚柔耦合轴承的结构,通过轴承中柔性铰链的变形量主动补偿摩擦死区引起的定位误差;在每个关节处引入两个扭转弹簧,分别模拟柔性铰链和机械臂的弹性变形;其次,建立关节的摩擦模型以模拟关节摩擦环境;然后,使用拉格朗日动力学方法建立包含摩擦信息与振动信息的动力学模型。设计开环和闭环的数值仿真进行验证,结果表明该模型理论分析的有效性。     

3自由度混合柔性铰链微定位平台的设计与分析

为了提高3自由度并联微定位平台的性能,研究了一种新型的混合柔性铰链微定位平台,它由正圆柔性铰链和直角柔性铰链组成。根据正圆柔性铰链和直角柔性铰链的不同特性,设计出了新型的混合柔性铰链微定位平台。先建立传统的3-RRR柔性铰链微定位平台和新型的混合柔性铰链微定位平台模型。再通过有限元分析软件,比较了新型混合柔性铰链微定位平台和传统的3-RRR柔性铰链微定位平台的柔度和灵敏性。结果表明,混合型柔性铰链微定位平台较传统的3-RRR柔性铰链微定位平台有更好的性能。     

一种并联机器人机构运动特性优化研究

针对并联机器人工作空间的最大化,提出一种具有四自由度的并联机器人机构模型,该并联机器人具有几何对称、运动学简单、平移工作空间沿直线导轨方向无限扩展等优点。采用投影法简化位移分析,采用闭环矢量法分析并联机器人机构瞬时运动学特性。通过对雅可比矩阵的秩分析,确定雅可比矩阵的正向奇异构型、逆向奇异构型、组合奇异构型和局部奇异构型,研究具有偏置角的远端平行四边形的局部奇异特性。在工作空间分析的基础上,建立以机构所占最大面积为目标函数的优化模型,并采用遗传算法优化设计参数,结果表明当偏移角为15°时,可达工作空间总体增加了17%。     

空间机械臂在轨刚度计算与验证北大核心

空间机械臂在执行空间任务时具有不同的构型,采用有限元法分析它在各构型下的基频时工作量巨大而难以实现。为此,提出一种基于柔度矩阵理论建模的计算方法并进行验证。根据机械臂结构特性建立运动学模型;提出柔度矩阵理论建模的计算方法;通过有限元仿真分析机械臂2种典型构型,验证柔度矩阵理论;对机械臂进行地面展开基频实验。结果表明:柔度矩阵计算偏差为3.4%,理论分析基频与有限元计算基频偏差为1%,验证了所提出的柔度理论建模方法对机械臂在轨基频计算的准确性;理论分析基频与实验基频偏差为7.2%,偏差主要来源于有限元仿真,满足工程上10%的偏差要求。该方法将柔度矩阵与机械臂构型相结合,能快速计算机械臂在不同构型下的基频。相对于有限元法,该方法得到较大简化,具有一定的工程应用价值。     

柔性并联机器人的研究进展

根据掌握的大量文献资料,对柔性并联机器人的构型、机构性能、运动学、动力学和控制策略等几个领域的主要研究成果进行了系统总结。指出了在柔性并联机器人动力学建模和控制研究中应解决的主要问题,以明确进行研究的方向。文章对柔性并联机器人的系统分析和控制研究等的进一步开展,具有一定的参考价值。     

名优茶并联采摘机器人逆向运动学分析

结合并联机构的特点及茶叶采摘技术,创新性地开展了名优茶并联采摘机器人的研究。建立了机器人逆向运动学模型,利用齐次坐标变换计算出机器人运动学逆解;并在给定运动激励下,在MATLAB中绘制出动平台驱动臂的转角曲线。运用Pro/E绘制机器人三维图并导入ADAMS,建立了机器人虚拟样机模型,通过仿真获得驱动臂的转角曲线。上述两种方法的比较结果验证了机器人逆向运动学问题计算的正确性,同时表明了ADAMS仿真结果具有较好的精确性,并在此基础上制作了机器人原理样机。     

三平移并联机器人机构的智能模糊控制研究

目前，有关并联机器人的研究多限于机构学、运动学和动力学方而的研究本文针对一种三平移并联机器人机构，在根据动平台运动要求，基于运动学分析实时求得各支路主动副期望角位移，建立了控制系统模型。设计了一种用于并联机器人轨迹跟踪的模糊控制器，仿真实现了对各支路主动副期望运动轨迹的跟踪。仿真研究结果表明，该控制方案能实现较高精度的快速轨迹跟踪，同时可削弱或避免常规模糊控制中的振荡现象和稳态误差。系统对参数摄动和外界于扰具有较强的鲁棒性。其研究为进一步实现该并联机器人机构的高精度实时控制奠定了基础。     

新型直圆椭圆复合型多轴柔性铰链的柔度计算及其性能分析

多轴柔性铰链应用于空间柔性机构。提出一种新型多轴柔性铰链——直圆椭圆复合型多轴柔性铰链,以卡氏第二定理为理论基础,推导直圆椭圆复合型多轴柔性铰链的柔度计算式。采用所得计算式对一组实例进行柔度计算,同时对其进行有限元分析。通过对比分析,二者误差在14%以内,验证了计算式的正确性。借助于推导的计算式,分析直圆椭圆复合型多轴柔性铰链的结构参数对其柔度的影响。定义相对柔度比,得出直圆椭圆复合型多轴柔性铰链的转动能力、对载荷的敏感性均优于直圆型多轴柔性铰链。综上,直圆椭圆复合型多轴柔性铰链的提出,为柔性铰链在空间柔性机构的工程应用提供了新的思路。     

基于灰色关联度的深切口椭圆柔性铰链稳健性优化设计

针对深切口椭圆柔性铰链设计结构参数存在不稳定的问题,建立了深切口椭圆柔性铰链的柔度运动模型,基于该模型提出了一种基于灰色关联度的稳健设计新方法。该方法是通过描述深切口椭圆柔性铰链柔度的一个关联度序列,分析铰链的柔度线性关系,利用灰色关联度评估铰链的柔度的关联程度,然后根据方差分析表中的方差波动百分比对每个因子的进行排序,得到一个关联度最大的稳健性因子水平组合。结果表明该方法可以为柔性铰链在可靠性稳健设计方面提供一种新的解决途径。