并联机构支链误差耦合分析

针对并联机构误差耦合进行了分析研究.对一种3自由度并联机构进行分析,利用空间矢量链法建立误差模型,用数值法和解析法对机构进行正解计算,通过1阶摄动法将各支链不同误差代入误差模型中.虽然每条支链各部分的误差最终会累积到各个支链的末端,并且支链末端的误差也有各自的方向性,但最终体现在并联机构动平台中心处的误差并不是各支链各方向的累加,其最后体现到动平台末端的误差要比各支链方向累积要小,其主要原因是并联机构特殊的结构抵消了一部分支链误差.对六自由度Stewart机构也进行误差耦合分析,将不同误差代入矢量链误差模型,得出支链误差,再将支链误差代入数值法方程中研究,发现动平台误差也小于各支链平均误差.     

含有冗余支链的3-RPS/3n-SPS并联机构逆动力学建模

提出一类含有冗余支链的3-RPS/3n-SPS并联机构,为解决该类机构的逆动力学问题,首先对机构进行运动学分析,建立支链与动平台末端的速度、加速度映射关系,并对运动学模型进行仿真验证;之后对3-RPS/3n-SPS机构进行受力分析,列出的平衡方程数目少于未知量个数,基于机构分支作用力与动平台末端位姿误差间的协调关系构建动力学补充方程,求解出该类机构中所有运动副的约束反力和机构分支作用力;基于达朗贝尔原理对机构进行逆动力学建模,建立了机构末端力和各杆件惯性力与机构分支作用力间的关系表达式,求解了3-RPS/3-SPS机构分支作用力、运动副约束反力及动平台位姿误差,通过分析机构分支作用力、运动副约束反力、动平台位姿误差随时间的变化规律,验证本文建立的3-RPS/3n-SPS并联机构动力学模型的正确性。所得到的动力学结果为该类机构的进一步研究和工程应用奠定了理论基础,此外该逆动力学建模方法也可用于其他含有冗余支链的并联机构中。     

基于蒙特卡洛模拟的6-UPS并联机构的误差分析

根据6-UPS并联机构逆运动学模型,通过微分变换,构建了动平台位姿误差模型,由误差模型可知:动平台位姿误差来源于6个支杆长度误差和12个铰链中心的位置误差,共42个误差项。还建立了轴承间隙对万向节中心位置和复合球铰中心位置影响的随机误差模型,利用蒙特卡洛模拟分析了支杆长度误差和轴承游隙对动平台的位姿误差的影响,结果表明:当支杆长度误差服从均匀分布,铰链中心位置误差服从均匀分布时,动平台位姿误差近似服从正态分布,且动平台位姿对铰链轴承游隙的敏感度大于对支杆长度误差的敏感度。为6-UPS并联机构的误差分析提供了一种方法。     

3-PRR平面并联机构精度分析

以三自由度平面PRR并联机器人为典型结构,对并联机构支链的分析人手,通过有效的数学推导,建立结构参数误差与输出位姿误差之间的关系,得出包含全部结构参数误差在内的误差正解模型,对于给定的各结构参数误差,应用此模型可直接得出并联机构输出位姿误差,并可以进一步定量分析各结构参数误差对输出误差的影响,为误差综合以及所采用的误差补偿措施等方面提供有力依据.     

Delta型并联机器人的位姿误差模型建立与求解

为分析Delta型并联机器人的运动学参数误差对绝对定位精度的影响,建立和求解了位姿误差模型。将并联的传动支链拆分为串联机构,利用D-H变换矩阵求解出运动学模型,将从动臂的微转角引入D-H变换矩阵中,再根据动平台中心位姿误差的唯一性,求解得到用线性方程组表示的位姿误差模型。将某实际Delta型并联机器人的减速器安装端面的角度误差进行模型分析,验证了模型的可靠性。该模型可为Delta型并联机器人的后续精度分析和误差补偿提供分析工具。     

基于D-H矩阵的3-RSR并联机器人的误差建模

本文通过选取3-RSR并联机器人的任意一条支链作为研究对象,利用D—H矩阵建立动平台相对于静平台的位姿关系矩阵,采用矩阵微分法推导出机构原始误差到末端执行部分的误差映射模型。该模型包含了机构全部的几何原始误差,同时将末端执行部分位姿误差与原始几何误差间的非线性隐式函数关系简化为线性显式函数关系,是进一步研究误差补偿的基础。     

冗余驱动直角坐标串并联机器人位姿误差分析

串并联机器人可分解成两个并联机器人的串联组合,并联机器人的各支链均为一串联支链,利用并联机构和串联机构的运动学等效,考虑各分支末端误差对最终运动平台位姿误差的影响,提出了基于动态和静态因素的综合分析方法,并给出了主要的影响因素,并以实例的形式对研究结论进行了有效性验证.     

一种串并联式Stewart平台机构的误差分析

设计了一种由双级并联机构组成的位姿精调试验平台 ,分析了平台上每个铰链点的位置误差和各支链的长度误差对试验平台末端执行器运动精度的影响 ,建立了试验平台末端误差的数学模型。仿真结果表明 ,该机构的位姿误差具有线性叠加性 ,这种串并联平台末端误差的相对变化量很小 ,基于该构型的试验平台可达到较高运动精度。     

一种新型3-RPS并联机构的刚度特性分析

对于少自由度并联机构,当机构静止时,其动平台的位姿变形为三维的线变形和三维的角变形。基于雅可比矩阵建立的静刚度模型不能定量描述动平台在非自由度方向的位姿变形量。针对此问题,从单元柔度矩阵的角度对机构静刚度进行了研究。首先通过小变形叠加原理得到单条支链末端变形量。然后基于刚体上任意两点的运动规律,建立各支链末端变形量和动平台位姿变形量的关系。最后基于力的平移定理,通过建立动平台的力平衡方程得到机构的完整静刚度模型。以一种转动副轴线平行布置的新型3-RPS并联机构为例,结合数值算例求解了动平台的全部位姿变形量,通过与ANSYS的有限元结果进行对比,验证了该建模过程的正确性。     

2-RPaRSS并联操作手运动副间隙误差分析及补偿

针对新型3T1R并联操作手2-RPaRSS存在运动副间隙引起的定位偏差,造成操作手的实际轨迹与理论轨迹不吻合的问题,提出了一种基于自适应混合粒子群优化(AHPSO）算法的轨迹修正方法。建立操作手包含的各类运动副误差模型,在模型中将间隙误差完全等效成杆长误差;根据逆运动学方程建立并联操作手2-RPaRSS的位姿误差模型,得到关于输入、输出的微分关系式,并引入驱动杆输入角补偿量;利用粒子群优化(PSO)算法对补偿量寻优,将间隙误差补偿问题转化为求适应度极小值问题;通过混合权值自适应调整、学习因子自适应调节、混沌扰动范围自适应调节策略改进了PSO算法,得到AHPSO算法。仿真结果表明AHPSO算法性能优良,具有更好的收敛性和稳定性,对并联操作手运动副间隙误差的补偿是一种有效方法,补偿后定位精度得到了明显改善。     

3-UPS/S并联稳定平台满载工况误差分析与运动学标定

当负载达到一定数值时,并联机构的变形误差相对于几何误差对动平台输出精度的影响是不可忽略的。以电液驱动型3-UPS/S并联稳定平台为研究对象,分别建立了稳定平台几何误差与变形误差的传递模型,并通过线性叠加得到了总的误差传递模型。基于几何误差传递模型,建立了稳定平台满载工况下的运动学标定模型。在满载工况下进行了运动学标定实验,测量了动平台参考点的位置,计算得到动平台姿态误差δH0,通过分离变形误差δH1得到了几何误差δH,通过最小二乘法完成了稳定平台几何误差参数标定。     

6-PUS/UPS并联机构运动学标定理论与实验研究

基于6-PUS/UPS并联机构,首先建立含结构误差的运动学反解模型;使用遗传算法建立其标定模型,通过Matlab编程验证了模型的正确性和有效性;提出了一种利用球杆仪、高度游标卡尺和双轴倾角传感器配合测量动平台位姿的标定方案;最后进行标定实验及误差补偿,提高了该并联机构的精度。     

可变胞并联机械臂样机的研制与误差分析

提出了一种通过驱动副锁定组合实现变胞的超冗余并联机械臂,其基础构型是3-PUPS并联机构,对机械臂进行了误差建模与分析,并通过标定系统测量了机械臂实验样机的定位误差。首先,提出了通过对3-PUPS机构各驱动副的组合锁定实现机械臂变胞的设计思路,从而使机械臂可以根据任务需求改变自身构型和性能;然后,采用含误差源的闭环矢量回路法,建立了机械臂3-PUPS机构的误差传递模型,并以此为基础,分析了机械臂的各误差源对其运动平台输出误差的影响规律;接着,根据各误差源对机械臂的输出误差影响程度,确定了各主要运动副配合零件的加工精度等级及公差,在此基础上研制出机械臂的实验样机;最后,采用一套高精度的工业机器人标定系统对机械臂的实验样机进行了定位误差测量,实验表明:机械臂的运动平台的位置误差均在0.005~0.038mm之间,姿态误差均在0.010~0.044°之间,位置误差比通用式工业机器人的位置重复定位精度0.05mm略有提高,姿态误差与通用式工业机器人的姿态重复定位精度0.045°相当。     

混联机床并联机构的逆动力学分析

采用Lagrange方法建立了VC80混联机床两自由度并联机构封闭形式的逆动力学模型,并用ADAMS建立的虚拟样机验证了该模型的正确性。对给定的加工轨迹下并联机构所需的驱动力进行了计算和分析,结果表明,该混联机床并联机构的动平台和连杆重力需要的驱动力分量最大,其次是切削力和惯性力,而动平台速度的不同对驱动力的影响较小。
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Delta机器人综合位置误差研究及其耦合特性分析

以Delta机器人为分析对象,研究了动平台的位置误差模型,并对误差源的耦合特性进行了分析。首先,利用从动臂的位置特性,依据几何空间矢量法,建立了Delta机器人机构误差模型;其次,以数理统计与空间矢量原理为基础,推导出Delta机器人关节间隙误差模型;然后,基于空间有限元理论,在建立系统弹性动力学模型的基础上建立了其柔性误差模型;综合考虑这3种误差源,建立了Delta机器人综合位置误差模型;最后,利用Adams与Workbench联合仿真、Matlab数值计算和FARO激光跟踪仪的现场试验验证了位置误差模型的正确性,并对误差源的耦合特性进行了分析,阐述了方向位置误差与坐标轴方位之间的关系。结果表明,影响Delta机器人动平台位置误差的各个误差源间并不是简单的叠加,而是具有明显的耦合特性,并且动平台方向位置误差会随着坐标轴方位的变化而变化。     

6-THRT并联机器人的误差模型研究

针对Stewart平台式的6-THRT型并联机构的研究,提出了一种中心轴测量模型。采用一般工业机器人位姿误差分析法,建立并联机构的误差模型,并结合单杆固定法来获取末端位姿信息,该模型包含了杆的制造、安装及铰链的位置安装等几何参数误差。通过Matlab软件进行仿真运算,分析了影响末端位姿的主要误差源。该研究为并联机器人的误差补偿提供了一定的理论依据。     

一种少自由度并联机构误差特性分析方法

应用螺旋理论分析机构螺旋系及分支螺旋系，从机构不可控自由度和可控自由度两方面，通过虚设运动副，形成适用于少自由度并联机构的通用性误差特性分析方法(简称自由度法)，该方法无需误差建模，可单独分析特定误差对动平台输出的影响。以3-CUR并联机构为例，应用该方法进行误差分析，得到其误差特性规律。利用矢量法建立3-CUR机构的误差模型，并经仿真分析验证前述规律，根据此规律设计和加工样机，通过样机试验验证自由度法的正确性。     

基于遗传算法的2自由度并联机构的优化设计

对一种两自由度并联机构进行精度分析,给出了机构参数的误差影响因子矩阵.以动平台姿态误差最小为目标建立了的优化目标函数,并采用遗传算法求得全局最优解.     

滑块式二回转自由度并联机构误差分析

介绍一种新型的滑块式二自由度并联机构,这种机构可以实现空间两自由度转角摆动。通过用矢量微分计算的方法建立了该并联机构的误差模型。利用误差模型分析了该并联机构当中的滑块机构误差、杆长误差以及球铰间隙对动平台误差的影响。通过误差建模为该机构的设计和误差补偿提供了理论依据。