混合驱动平面五杆并联机构的工作空间研究

针对混合驱动平面五杆并联机构,首先,基于杆件封闭矢量方程,推导出机构工作点(x,y)与常速电机、伺服电机不同组合的转角输入的关系。其次,在机构符合混合驱动平面五杆机构构型的前提下,根据上面推导出的关系计算出工作点坐标,从而高效、精确地定位工作点。此外,应用Matlab软件编程实现了同一混合驱动下机构工作点不同装配角度α时的工作空间,直观地表达了工作点所能达到的范围。最后,考虑到无法避免机构构件的制造与装配误差,运用原始误差独立作用原理,定量地推导出误差对工作空间的影响,具有一定的实际意义。     

刚柔复合驱动并联喷涂机器人机构设计与工作空间分析

大型装备空间尺度大,表面形状复杂,其表面自动化喷涂作业受到多因素限制。面向大型装备的表面喷涂作业,设计了一种由柔索及电动推杆复合驱动的并联喷涂机器人,其主要由双平台复合式末端执行器、柔索驱动模组及机器人整体框架等组成,具备工作空间大、末端灵活度较高的特点,并基于驱动索的锚接形式变化提出了不同构型。其次,分析并联喷涂机器人运动学及静力学,计算不同构型下并联喷涂机器人零姿态力封闭可行空间及力螺旋可行空间,并基于张力限制条件对并联喷涂机器人的定位置姿态空间及全局姿态空间进行了分析,考虑工作空间体积与姿态空间体积比等性能指标并综合实际工况展开构型选取。最后,搭建并联喷涂机器人实验平台,面向预设喷涂对象开展运动实验,结果验证了机构的合理性,表明该并联喷涂机器人具备较大尺度下的多姿态灵活作业能力。     

三自由度冗余驱动并联机构的奇异性和工作空间分析

基于4-SPS/S三自由度冗余驱动并联机构的位置逆解模型,运用微分法推导出了该并联机构的雅可比矩阵,结合Gosselin奇异性分析法和数值分析法,分析了该并联机构的奇异性。随后分析了影响4-SPS/S三自由度冗余驱动并联机构工作空间的主要因素,并对其各支链的行程限制、各球铰副的转角限制和各支链间的尺寸干涉限制等影响因素进行了解析化分析。最后,基于4-SPS/S三自由度冗余驱动并联机构的位置正解模型,设计了该并联机构回转工作空间的求解算法。该算法避免了数值方法及几何方法的复杂性和不确定性,实现了回转工作空间的直观性表达。     

Stewart并联机构奇异性与工作空间分析

应用奇异性理论,分析了并联机构在奇异点处的分岔性态。讨论了机构分岔点、理论工作空间和稳定工作空间与静动平台半径比的关系,给出了机构分岔点随静动平台半径比值变化的曲线图,不同比值的机构工作路径跟踪图。研究表明,当静动平台半径比较小时,机构具有较大的工作空间,当静动平台半径比逐渐趋变大时,机构的理论工作空间和稳定工作空间逐渐减小,最后收缩为一个点。     

新型三自由度并联机构工作空间分析

随着并联机构技术的发展,少自由度并联机构由于具有结构相对简单,控制容易等优点,逐步成为机构学领域新的研究热点,在工业领域有着广阔的应用前景。针对并联机构工作空间较小的特点,对一种新型三自由度并联机构进行研究。该机构的工作空间对称分布于定平台的两侧。在分析其结构特点的基础上,推导出其位置反解方程。根据约束条件,采用数值方法绘制出工作空间的三维立体图和Z截面上的边界图。并定量分析了机构设计参数对工作空间大小的影响。     

6-THRT并联机构试验平台的受力分析

研究对象为一种载荷试验平台,主要采用的是一种对称6-THRT的并联机构。对其进行了位置分析,从而确定支杆位移与平台位姿参数的关系,利用matlab软件对该机构在整个工作空间表面进行静力学逆解仿真分析。任一杆件在工作空间的每个点都对应着一个力的值,给定动平一个载荷,来研究各支链杆的受力变化情况。为该机构的支链驱动设计和电动缸的选择提供了依据。     

空间2自由度冗余驱动并联机构运动学性能分析

面向建筑机器人领域的高性能机械臂需求,提出了一种空间2旋转自由度的3-UPS&U冗余驱动并联机构。基于螺旋理论和修正的G-K公式对机构的整体自由度进行分析,确定了其围绕恰约束支链万向副旋转的运动特性。建立驱动参数与末端参数之间的映射关系,得到其工作空间模型。通过主驱动并联、从动约束串联的独立建模,构造了该并联机构完整的广义雅可比矩阵,进一步得到动平台末端中心点线速度与驱动关节速度之间的无量纲化雅可比矩阵,并据此建立了特定工作空间下机构的灵巧度、承载能力和刚度性能评价指标。最后结果表明,3-UPS&U冗余驱动并联机构进行较高频次上下摆动作业时,在约束支链所布置的对应转轴方向上,具有更佳的综合运动学性能,且能大大降低性能衰减的幅度。     

索杆高度可变的3自由度欠约束并联机器人的力学分析

柔索驱动并联机器人是并联机构中的一种特殊柔性机构,通过使用柔索代替刚性杆驱动末端执行器,其综合了柔性机器人和并联机器人两方面的优点。研究了一种索杆高度可变的3自由度欠约束并联机器人,根据矢量闭环原理,建立该机器人的逆运动学模型;根据柔索的长度,推导该机器人的正运动学模型;采用拉格朗日公式,建立该机器人的动力学模型;利用Monte-Carlo方法,研究该机器人的静力学工作空间;给定末端执行器的运动轨迹,通过机器人的逆运动学模型得出3根柔索的期望长度,以3根柔索的期望长度作为实验输入,得到3根柔索的实验长度曲线和拉力曲线以及机器人的正运动学轨迹。实验结果验证了该机器人的正逆运动学和动力学模型的正确性以及工作空间的有效性。     

求解柔索驱动并联机构最大任务空间的区间分析法

并联机构的工作空间一般具有不规则的几何边界。然而在应用中,操作任务通常要求工作空间具有规则的几何形状,同时还必须满足任务给定的力/力矩输出要求,称这样的工作空间为任务空间。以柔索驱动并联机构为对象,研究最大任务空间的求解问题。基于区间分析理论,提出解决此问题的一种新方法,并以平面3自由度柔索驱动并联机构为例,针对最大正方形任务空间的求解问题,给出该方法的数值计算实例。进一步分析此最大正方形任务空间的边长与动平台姿态角,以及与输出力/力矩之间的关系,发现随动平台姿态角或输出力/力矩增大,最大正方形任务空间的边长近似线性下降。     

欠秩3-UPU并联角台机构工作空间分析

针对欠秩3—UPU并联角台机构的结构特点,首先找出了该机构的几何约束,在此基础上建立了该机构移动副两端虎克铰平行或垂直布置时的位置反解方程。然后利用该机构的几何约束条件,进一步建立了该机构在两种情况下的工作空间的求解方程,为该机构的应用奠定了一定的基础。     

混合驱动机构研究进展与发展趋势

混合驱动机构是可控机构的一种,其适度柔性以及降低驱动与控制成本的特性与优势使其成为现代机构学的重要研究分支之一。随着对混合驱动机构研究的深入,混合驱动机构理论和应用也不断地发展和创新。对现有的研究成果加以分析和总结将有利于促进混合驱动机构理论和应用的进一步发展。分析混合驱动机构的内涵,分别论述双自由度和多自由度混合驱动机构的研究进展,主要包括:混合驱动机构的构型设计与可动性、混合驱动机构的轨迹特征、混合驱动机构的运动学、混合驱动机构的动力学及混合驱动机构的应用等方面的研究进展。提出混合驱动机构研究的关键问题,总结了混合驱动机构的未来发展趋势。研究成果对拓展混合驱动机构的设计空间、开辟混合驱动机构新的应用领域具有重要意义。     

平面柔索驱动并联机构的灵活工作空间及构型优化

灵活工作空间是并联机构的一个重要指标,文中以平面三自由度柔索驱动并联机构为研究对象,讨论如何获得灵活工作空间较优的构型。首先建立平面柔索驱动并联机构的静力学模型,然后给出了灵活工作空间的计算方法和数值算例。最后以灵活工作空间为目标,以柔索驱动静平台连接点的位置为优化参数,利用遗传优化算法对构型参数进行优化。通过比较优化前后两种构型发现,优化后构型的灵活工作空间的面积大为提高。     

新型3-DOF冗余并联机构运动学和工作空间分析

因具备更高刚度、更好动力学性能等特点,冗余驱动并联机构越来越多地应用于各行业中。提出一种支链为双滑块结构的3-DOF冗余并联机构,基于位置正、反解分别推导了机构的运动学方程,并结合反解方程和MATLAB对机构进行运动学仿真,绘制了驱动位移、速度曲线;结合运动学分析结果与正解方程对机构工作空间进行分析,绘制了机构三维工作空间;运动学、工作空间分析结果表明,机构在工作空间内运动平稳,无位移、速度突变等情况,且工作空间关于XOZ面具有良好的对称性;研究结果为该构型冗余并联机构的实际应用提供了基础。     

6-RSS型并联机构的工作空间分析与参数优化

以6-RSS型并联机构为研究对象,建立解析形式的反向运动学方程,给出考虑驱动副转角范围、球副转角范围、连杆干涉等约束条件时的反解选取准则,推导出每种约束表达与机构参数间关系,特别是复合球副独特的附加约束表达.基于带约束条件的反向运动学方程,利用三维边界搜索法,绘制并联机构多个定姿态工作空间的截面图和三维实体图.最后以工作空间体积为优化目标,获得结构参数和约束条件对工作空间体积的影响关系曲线,为定量分析影响效果提供解决途径,最终利用全局搜索法得到6-RSS机构的一组最优机构参数,在机构整体尺寸基本不变情况下使工作空间增大60%,达到优化机构参数的目的.     

绳索驱动腕部并联康复机构设计与逆运动学分析

针对现有腕部康复机构运动范围小,存在柔顺性和舒适性差等问题,提出一种新型绳索驱动、压缩弹簧支撑的柔性并联腕部康复机构。机构定平台、动平台由三根绳索和压缩弹簧连接,弹簧用来模拟腕骨与韧带复合体,起支撑并限制与掌骨相对应的动平台运动;动平台模拟掌骨末端,定平台模拟桡骨和尺骨末端;三根绳索模拟肌肉来驱动并联机构。考虑弹簧轴向位移以及柔性问题,基于有限转动张量法和力与力矩平衡分析方法,构建系统逆运动学数学模型,得到运动学和静力学联合求解的非线性方程组。通过对机构模型分析,完成0～75°下各绳索长度和拉力的数值求解。通过仿真与试验得到人体腕部生理运动空间和机构有效工作空间,验证了机构的合理性和分析方法的正确性。所提出的求解方法对康复机器人和绳索驱动并联机构设计具有积极的促进作用。     

混合驱动柔索并联机器人的设计与分析

为了使柔索并联机器人高效率、大负载、高性能的运动输出,根据并联机器人机构结构综合理论,设计一种新型混合驱动柔索并联机器人机构,给出机构虚拟样机模型,该机构通过混合驱动平面五连杆并联机构驱动柔索牵引末端执行器完成期望轨迹跟踪运动。基于牛顿—欧拉方法,建立混合驱动柔索并联机器人系统的动力学方程,结合实例进行力学分析和数值仿真。结果表明,混合驱动柔索并联机器人机构设计合理,数学模型正确,为混合驱动柔索并联机器人物理样机设计制造和控制系统的设计提供了理论依据。     

3-PUU并联机构工作空间分析与优化设计

提出一种新型3-PUU并联机构,对该并联机构进行运动学分析,得到了3-PUU并联机构的运动学反解,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。对该并联机构的工作空间进行了优化分析,为并联机构的构型设计和进一步研究奠定了基础。研究结果表明,该种机构具有较好的实际应用前景。     

一种六自由度混合驱动并联机构的位置正解分析研究

对一种六自由度混合驱动并联机构的位置正解问题进行了研究，根据该六自由度并联机构的几何结构特点，运用几何分析和虚拟杆长相结合的方法建立了其运动学数学模型，用遗传算法求出了其位置正解，并基于位置正解对该类并联机构存在的实际装配构型进行了分析，给出了计算实例。     

3-CPR并联机构的设计与工作空间优化

提出一种可以实现三维平动的新型正交三自由度并联机构3-CPR。用ADAMS建立虚拟样机对该机构进行运动学仿真实验,表明该机构具有良好的运动学性能。采用搜索法求解机构工作空间,用遗传优化算法对机构工作空间体积进行优化,得到工作空间体积取最大值时机构的尺寸参数。3-CPR并联机构用移动副作为驱动副,具有结构简单、刚度大、输出力大等优势。工作空间的优化结果对该机构在实际应用中具有重要的参考价值。