球面三自由度并联机器人可达工作空间的研究

建立了球面三自由度并联机器人机构的空间模型,给出了该并联机器人的可达工作空间确定、形状表达和工作空间面积计算方法,全面而系统地研究了该机器人的工作空间面积与尺寸之间的关系,绘制了可达工作空间面积性能图谱,并归纳出相应的变化规律。这些结果对设计球面三自由度并联机器人具有重要的参考价值。     

基于工作空间的球面5R并联机器人机构设计

研究球面2自由度2R串联机器人的可达工作空间,并对之进行分类.在此基础上研究球面2自由度5R并联机器人的理论工作空间形成原理,根据理论工作空间的形成条件建立该并联机器人的设计空间,设计空间内包含球面2自由度5R并联机器人机构的所有尺寸型.在设计空间内寻找理论工作空间形状发生变化的机构临界尺寸条件,这些条件将设计空间划分为不同的子区域,不同子区域所对应的球面2自由度5R并联机器人尺寸型机构具有不同形状的工作空间,从而在全部设计空间内对该机器人理论工作空间的形状进行详细分类.探讨该并联机器人机构的工作空间面积性能指标与杆件尺寸之间的关系,并在设计空间里绘制相应的工作空间面积性能图谱.工作空间形状和面积大小是进行机器人机构设计的重要参考依据.     

基于工作空间的踝关节康复广义球面并联机器人运动学参数优化

为了解决现有踝关节康复机器人难以完全拟合人体踝关节运动的问题,在仿生学的基础上,提出了一种高匹配度的踝关节运动串联拟合模型,并研发了一款新型的三自由度广义球面并联机器人。为研究该并联机器人的拟合能力,基于螺旋理论分析了其自由度特性,建立了机构的运动学模型,并在逆运动学的基础上阐明该机器人具有部分解耦特性。根据机器人具有双球心的特点,求解了动球心和动平台可达工作空间。最后,以踝关节运动拟合模型的工作空间与机器人的工作空间的匹配度为目标函数,采用遗传算法对运动学参数进行了优化。对比研究机器人与模型的工作空间散点图,并求得有效工作空间比分别为0.79和0.86,结果表明优化后的广义球面并联机器人工作空间能够满足踝关节的运动要求。     

压力容器检测机器人的灵活性分析

针对某一种密闭压力容器检测机器人工作空间灵活性的问题,首先运用D-H法对该机器人进行建模,利用Monte Carlo法对机器人的工作空间进行Matlab仿真;然后借用服务球的概念建立了机器人工作空间任意点的灵活度的计算方法,利用灵活度的概念对机器人工作空间内给定点的灵活度进行了求解,对机器人给定工作空间截面上的灵活度分布进行了仿真与分析;最后研究了关节尺寸对机器人工作空间中给定点灵活度的影响。结果表明,机器人在工作空间满足任务需求的前提下,关节尺寸越小,灵活性越好。此研究为关节型机器人的尺寸优化、路径优化、灵活性分析提供了参考。     

面向目标空间高灵活性的协作机器人尺寸优化

为提高协作机器人在目标空间内避开实时障碍物的灵活性,提出了一种综合性优化指标并对其关键杆件进行尺寸优化。首先,对优化的协作机器人进行运动学分析,建立数学模型,求解可达工作空间;然后,以拿取任务路径为参考,选取目标空间,定义灵活性综合评价指标为优化目标,运用粒子群算法对关键尺寸参数进行优化设计;对比了优化前后机器人灵活工作点在任务空间内的分布。结果表明,优化后的机器人灵活工作点占比明显增大,验证了该优化设计方法的有效性。     

6轴工业机器人工作空间快速求解

由于机器人设计过程中需要反复计算机器人工作空间,提升工作空间的计算效率与精度具有重要意义。本文针对传统方法求解工作空间精度不高、速度慢的问题,提出了改进方法。用传统方法生成种子空间并离散为多个子空间,利用正态分布拓展工作空间点数量不足的子空间,并根据拓展后工作空间点的位置调整正态分布参数,得到可达工作空间。进一步,利用可操作度值评估机器人的灵活性,从可达工作空间筛选出灵活种子空间,利用可调参数的正态分布拓展灵活种子空间边界,得到灵活工作空间。以6轴机器人为对象,对本文方法进行仿真分析。结果表明,本文方法在保证求解精度的前提下可极大的提升求解效率,为后续的机器人优化设计提供了便利。     

一种球面冗余并联机器人机构设计的基础研究

提出了一种基于球面机构的二自由度驱动冗余并联机器人。建立了该球面并联机器人机构的约束方程，进行了运动学分析；建立了该球面并联机器人的设计空间，探讨了其机构的工作空间面积性能指标与杆件尺寸之间的关系，并绘制了相应的性能图谱。这些图谱是该并联机器人机构设计的重要参考依据。     

3自由度绳索牵引并联机器人的工作空间分析

给出了所设计的平面1R2T三自由度绳索牵引机器人模型,建立了其运动学的逆解模型.在时机器人进行可达工作空间分析的基础上,提出了一种基于矢量封闭原理的可控工作空间;同时在MATLAB环境下采用Monte-Carlo方法对可达工作空间和可控工作空间进行了仿真.仿真结果表明机器人的可控工作空间都落在可达工作空间范围内,验证了可控工作空间分析方法的可行性.该方法也适用于多自由度的绳索牵引并联机器人.     

6-SPS台体型并联机器人工作空间及转动能力研究

提出一种评价并联机器人实现位置和姿态能力的性能指标.选用局部坐标系和球面副的关节转角描述了动平台的位姿,探索了工作空间的边界,以动平台在工作空间内能实现的最小可达章动角评价并联机器人的转动能力,揭示出并联机器人工作空间体积及转动能力随机构结构尺寸的变化而变化的规律.     

球面SCARA机器人结构设计研究

提出了一种球面机器人结构设计新方法，即利用弹性动力学分析和优化理论，在优化机器人构件截面条件下，研究各种构件长度变化时机器人手壁弹性有和机器人灵活度之间的关系，分析影响机器人刚度和灵活度参数。使得在进行机器人结构设计时，能够保证机器人在具备足够灵活度前提下同时具有足够刚度，从而大大扩展了球面ＳＣＡＲＡ机器人的应用范围。     

Reachable workspace determination for a spatial hyper-redundant manipulator formed by several parallel manipulators

Solving the reachable workspaces of spatial hyper-redundant manipulators (SHRMs) formed by serially connected parallel manipulators is an important and challenging work. This study addresses the issue on reachable workspaces and establishes a novel CAD-VBbased workspace determination system for determining the reachable workspaces of SHRMs. The reachable workspace determination of a novel (3-RPS)+(3-SPR)+(3-RPS) SHRM, a triple delta-type SHRM, and a novel (3-RRS)+(3-SPR)+(3-RRS) SHRM shows the generality and effectiveness of the proposed approach. The system proposed in this study can contribute to reachable workspace analysis for SHRMs.

     

Trajectory Tracking of a Planer Parallel Manipulator by Using Computed Force Control Method

Despite small workspace, parallel manipulators have some advantages over their serial counterparts in terms of higher speed, acceleration, rigidity, accuracy,manufacturing cost and payload. Accordingly, this type of manipulators can be used in many applications such as in high-speed machine tools, tuning machine for feeding,sensitive cutting, assembly and packaging. This paper presents a special type of planar parallel manipulator with three degrees of freedom. It is constructed as a variable geometry truss generally known planar Stewart platform.The reachable and orientation workspaces are obtained for this manipulator. The inverse kinematic analysis is solved for the trajectory tracking according to the redundancy and joint limit avoidance. Then, the dynamics model of the manipulator is established by using Virtual Work method.The simulations are performed to follow the given planar trajectories by using the dynamic equations of the variable geometry truss manipulator and computed force control method. In computed force control method, the feedback gain matrices for PD control are tuned with fixed matrices by trail end error and variable ones by means of optimization with genetic algorithm.     

一种3-DOF并联机械手的研制

提出了一种采用(U+UPS)P+UPS弱耦合并联机构的3-DOF机械手。首先,推导出机构的位置反解,建立机构的速度映射模型,并建立了机构的驱动、约束静力学传递方程。然后,对机构的工作空间进行分析,绘制出工作空间三维分布图以及雅可比矩阵条件数在工作空间内的三维分布图。通过定义运动灵活性评价指标对机构进行运动灵活性分析,绘制出结构参数与运动灵活性评价指标之间的关系曲线;通过定义静力承载性能评价指标对机构进行静力学分析,绘制出结构参数与机构静力承载性能评价指标之间的关系曲线。采用蒙特卡罗法进行结构参数设计,选取了一组综合性能较好的结构参数：机械手的固定平台万向副分布直角边长为240mm,运动平台球面副与参考点间距为80mm,中间连接杆球面副与主UP支链轴线间距为90mm,主UP支链与中间连接杆的固接点到万向副间距为600mm。最后,研制出机械手的实验样机,对机械手实验样机进行了力学标定,验证了机械手样机结构的合理性。     

Gravity-balancing of spatial robotic manipulators

This paper describes the underlying theory of gravity balanced spatial robotic manipulators through a hybrid strategy which uses springs in addition to identification of the center of mass using auxiliary parallelograms. A significant contribution of this paper is to show that springs with fixed ends are sufficient to gravity balance a spatial mechanism if the hybrid method of gravity balancing is used where the center of mass is identified first through auxiliary parallelograms. Also, the system remains gravity balanced even if the orientation of the base is changed, i.e., the direction of the gravity is changed with respect to the base. Although the method can be applied to n link spatial serial manipulators, we apply the method for gravity compensation of two and three degrees-of-freedom (DOF) spatial manipulators. A prototype with the underlying principles of this paper was fabricated at the University of Delaware.     

Motion study of two- and three-dimensional pantograph mechanisms

Coupling of vertical, horizontal and rotory motions in manipulators slows down calculating speed for real time control and lowers system energy efficiency. Pantograph mechanisms can be, and are being used as manipulators to remove the coupling of motion. In this paper, the basic theorems and equations of both two- and three-dimensional pantograph mechanisms are presented. The motion characteristics and singularities of the pantograph are also discussed. Methods which are used to determine the workspaces of pantograph type manipulators are developed and illustrated in an example. Some aspects of structural design of these pantographs are also discussed.     

ON DESIGN OF 3-DOF SPHERICAL PARALLEL MANIPULATORS WITH PRISMATIC ACTUATORS

0　ＩＮＴＲＯＤＵＣＴＩＯＮＲｏｂｏｔｉｃｍｅｃｈａｎｉｓｍｏｐｔｉｍｕｍｄｅｓｉｇｎｃａｎｂｅｂａｓｅｄｏｎｔｈｅｕｓｅｏｆｅｖａｌｕａｔｉｏｎｃｒｉｔｅｒｉａｉｎｖｏｌｖｉｎｇｗｏｒｋｓｐａｃｅｇｅｏｍｅｔｒｙ[1,2 ] ,ｉｓｏｔｒｏｐｙ ,ｇｌｏｂａｌｃｏｎｄｉｔｉｏｎｉｎｇｉｎｄｅｘ[3～ 6 ] ,ａｎｄｓｉｎｇｕｌａｒｉｔｉｅｓ .Ｂｙｔｈｉｓｍｅａｎｓ,ｄｅｓｉｇｎｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎｈａｓｂｅｅｎａｐｐｌｉｅｄｔｏｓｅｌｅｃｔ ｇｅｏｍｅｔｒｉｃａｌｐａｒａｍｅｔｅｒｓｏｆｔｈｅｍｅｃｈａｎｉ…     

平面两自由度驱动冗余并联机器人的承载能力分析

基于一种平面两自由度驱动冗余并联机器人的运动学解和机构的可达工作空间，分析了该并联机器人机构的承载能力，利用特例在其工作空间内绘制了承载能力指标性能图谱。这些图谱是该并联机器人的机构设计的重要参考依据。     

纯转动型3-UPU并联机构工作空间分析

详细讨论了纯转动型3-UPU并联机构的工作空间。文中首先分析了3-UPU并联机构的纯转动运动的条件;然后用动平台的法向量、绕该向量转动的角度和连杆长度来直观地定义并联机构的工作空间,并分析了该定义该机构运动的几何和非几何约束条件,最后提出了纯转动3-UPU并联机构的工作空间搜寻算法,并利用M app le软件验证了该算法的有效性。本文研究的内容对3-UPU并联机构的可行性和优化设计有一定的作用。