一种新型3-UPS/UPR并联机构运动学分析及应用

在4-SPS/CU并联机构的基础上提出了一种具有空间3个转动和1个移动自由度的新型3-UPS/UPR并联机构。减少了原有机构的奇异位型和对结构参数的限制,使机构的控制方案得以简化;计算了该并联机构的自由度,对其进行了运动学分析,得出了该机构输入与输出之间的映射关系;给出了该机构的位置反解,导出了该机构运动的Jacobian矩阵与Hessian矩阵;分析了该机构的速度、加速度以及工作空间。将此机构运用于人形机器人的颈部关节处,并对机器人头部在完成指定运动形式时机构的运动学性能进行了分析。     

基于支链构造法的新型6-DOF并联机构构型设计

提出一种新型3支链6自由度机构构型设计方法。对于6自由度并联机构,支链对动平台没有自由度约束,只存在尺度约束。在每条支链中都加入一个球副,用以实现3转动自由度,其余运动副用以实现3移动自由度。以支链中移动副的数目为分类原则,得出了24种通用支链结构,在此基础上,对支链运动副轴线的位置进行特殊配置,得出了对应的新型支链结构。应用得出的支链结构,对其进行组合,设计出一系列6自由度并联机构,并且以简化运动学求解、扩大工作空间为目的,给出支链内部运动副轴线配置及支链空间拓扑位置的配置设计原则。对得出的新型3-RPPS机构进行运动学、尺度约束和工作空间分析,并建立与机构性能相关的尺度要素与构型综合的关系,验证了本方法的有效性。     

双支链六自由度并联机构尺度设计与性能分析

提出了一种新型六自由度并联机构,该机构由两条运动支链组成,每条支链各包含一个主动球副。与常规六自由度并联机构相比,支链数目的减少可有效增大机构工作空间。基于封闭矢量法求得所提机构的运动学位置逆解,在此基础上分析了机构输入与输出的速度映射关系,建立了机构雅可比矩阵。以工作空间和全域灵巧度为性能评价指标,借助性能图谱法完成了机构尺度设计,基于该尺度参数,对特定工作姿态下的工作空间、灵巧度、承载性能及刚度性能进行了全面研究。最后,搭建了3D打印样机,并对其典型应用场景进行了分析。     

4-UPU并联机构自由度计算及其运动学分析

在4-UPU并联机构中,由于万向铰在空间中不同的布置方位,导致UPU支链具有3种不同的支链结构;基于这三种支链模式,4-UPU并联机构呈现出24种不同的结构类型,利用螺旋理论分析了其中4种典型的4-UPU并联机构的自由度,得出它们的自由度在2到5之间变化.并选取了4自由度的4-UPU并联机构进行了运动学分析,建立了该机构的位置方程,给出了该机构运动学的正解与反解方法.运用Pro/E软件中的MECHANISM模块进行运动学仿真分析,得到了该机构运动特性随时间变化的曲线.     

2T1R并联机构的运动学及工作空间分析

针对并联机构兼具误差小、精度高的特点,提出一种含1条冗余支链的新型2T1R双层并联机构。首先,构建坐标系,基于螺旋理论对机构的自由度进行分析,得出该机构具有3个自由度的结论,其中一条支链为冗余支链。其次,根据机构的运动特性,建立机构的运动学正解和逆解模型。通过具体的数值算例得出运动学正解模型的变化曲线和逆解的数值结果。将理论计算结果与ADAMS仿真结果进行对比分析,验证了所构建运动学模型的正确性。最后,进行机构的工作空间分析,得到动平台Ⅱ能显著扩大z向的工作空间和姿态角大小。该研究为机构的构型设计及实际应用提供理论依据。     

新型圆柱面3自由度并联机构的动力学逆解

针对一种新型圆柱面 3自由度并联机构应用牛顿 欧拉法进行了动力学逆解分析。该机构具有 2个移动自由度和一个转动自由度 ,首先推导出该机构的运动学逆解 ,建立了支链和动平台的力和力矩平衡方程 ,根据不同类型支链的运动学约束条件消除了部分铰链约束力和力矩 ,从而推导出驱动力矩模型 ,最后给出了该机构动力学逆解的数值仿真实例。该模型可用于改进该机构的结构组件设计和控制算法。     

2-(CRR)2R结构降耦并联机构及其运动学分析

提出一种能实现三移动一转动(3T1R)的新型完全对称4-CRU并联机构,其4条支链结构完全相同。基于单开链理论及结构降耦原理,对4-CRU并联机构进行结构降耦设计,得到耦合度κ=1的低耦合度2-(CRR)_2R并联机构。其优点在于动平台由两条混合支链并联构成,且支链完全对称,机构姿态转角相对较大。2-(CRR)_2R并联机构耦合度降为1,极大地降低了机构位置正解的难度,有利于机构运动学分析。根据该机构的几何关系与运动约束,建立位置正解的一维搜索模型,再应用黄金分割法求出全部高精度位置正解。推导出机构位置逆解方程,应用数值实例验证了位置正、逆解的正确性。采用矢量法对机构动平台速度及加速度进行分析,得出速度及加速度正、逆解,并利用MATLAB软件编程进行数值计算。同时,应用Adams进行运动学仿真分析,验证了自由度分析的正确性;其运动学分析曲线与MATLAB计算结果一致,表明文中建立的解析模型和分析方法是正确、可行的。     

空间并联机构运动学与动力学逆解的模块化计算方法

应用模块化计算方法研究了空间并联机构的运动学与动力学逆解,计算效率能够满足实时控制的要求。通过对各类支链运动学及动力学逆解的分析,应用牛顿-欧拉法并引入拉格朗日乘子建立了空间并联机构的动力学逆解模型,提出了空间并联机构运动学与动力学逆解模块化计算软件的系统构架。结果表明该方法适用于各类非冗余空间并联机构的运动学与动力学逆解的自动建模和可重构设计,并给出了一种新型并联机构的分析实例。     

一种含防扭臂并联机器人结构及静力学分析

设计了一种含防扭臂结构的3自由度并联平台(3-UPS/PS/RPS),其中UPS为驱动支链,PS和RPS为恰约束从动支链。运用螺旋理论分析其约束状况,表明该机构为无过约束机构。对机构位置进行分析,给出其位置反解求法,通过ADAMS运动曲线证明了动平台在单一自由度上的运动独立性。采用拆杆法对动平台进行静力学分析,得出动平台的静力学平衡方程,分析了防扭臂结构对平台的影响。相应实例验算证明了平台的受力状况良好,防扭臂结构的加入提高了平台承载能力,研究结果可为该机构在工程上的应用作参考。     

6自由度3-U~r RS并联机构的逆运动学分析

目前对6自由度空间并联机构的运动学研究较少,与其他机器人相比6足机器人具有承载能力强,通过性能高的优点,当6足机器人3条腿处于支撑相时,机体是6自由度3-U~rRS并联机构,能实现3维平移和3维转动,该机体具有3条支链,每条支链为URS(万向铰、转动铰和球铰)。对该并联机构进行运动学分析时,提出在动坐标系下进行运动学分析的方法,利用关节2和关节3轴线平行的结构特点,建立了位置逆解数学模型,最后利用ADAMS软件仿真验证位置逆解结果的正确性。该结果为提高六足机器人前行过程中的稳定性和协调性以及运动控制的精确性打下理论基础。     

一种2R1T空间并联机构及其位置分析

介绍了一种能实现一维平动和二维转动(2R1T)空间并联机构。首先,运用螺旋理论分析了该并联机构实现2R1T运动机构学原理,计算出该机构的自由度;然后,建立该并联机构的位置方程,解出其位置正、逆解;最后,通过一组数值实例验证了位置正逆解的正确性。该机构是由3条完全相同支链组成的并联机构,结构比较简单,是对S类并联机构的重要补充,可应用于工业机器人、并联机床、位姿调整器和少自由度微型模拟器等领域。     

5自由度并联机器人位姿与工作空间特性分析

针对串联机器人应用于恒力磨削加工行业存在刚度小、累计误差大、高速重载受限等问题,提出了一种由4组相同的UPS驱动支链和1个PPS约束支链构成的5自由度并联机器人(4-UPS/PPS),实现了机器人的两维平面移动和三维空间转动.通过D-H参数法分析了机器人X方向约束自由度,根据机器人运动学逆解方程确定动平台位姿与驱动分支间映射关系;建立了机器人工作空间约束方程及目标函数方程,解析刀具末端空间位姿,绘制空间散点图和三维图;利用Adams仿真软件,对比数值解与仿真解分析曲线可知,机器人驱动分支整体运行平稳且理论分析正确.为并联机器人实际运用于恒力磨削加工领域提供了理论与技术基础.     

3PUS-S(P)变胞并联机构的位置逆解及工作空间分析

以3PUS-S(P)球面变胞并联机构为研究对象。机构由动平台、静平台、3条PUS支链和1条中间S(P)变胞支链组成,具有2个构态,即构态1(正常构态)和构态2(变胞构态)。构态1时,动平台相对静平台具有3个转动自由度,等效于三自由度球面机构;构态2时,动平台具有1个额外的径向移动自由度。首先,运用矢量代数法,建立机构运动学位置逆解模型;其次,在位置逆解模型的基础上,建立求解机构工作空间的约束条件;最后,以实物样机为研究对象,采用边界搜索法确定该机构的工作空间,为机构进一步的分析与应用奠定基础。     

微型3-PSP并联机构的工作空间及运动学分析

为满足在有限空间内实现对激光光束角度快速调节的需求,提出一种微型3-PSP空间并联机构,其中静平台的直径为Φ50 mm,机构整体高度范围为74 mm~80 mm;应用封闭环矢量法,建立并联机构运动学模型,得到机构运动学逆解;根据并联机构结构的几何特性求解运动学正解;在运动学逆解的基础上,结合驱动杆行程及机构结构参数,利用数值搜索法分析该机构的工作空间,并在Matlab中建立数学模型,绘制其可达工作空间点集;最后利用Solid Works及Adams协同仿真,对3-PSP并联机构进行正运动学仿真,证明机构能够实现三个自由度的运动,且运动平缓,无突变点。     

Gantry-Tau并联机构运动学分析

针对目前大部分的并联机构工作空间小这一缺点,研究了一种新型的3自由度并联机构。通过约束螺旋理论分析了机构的自由度,该机构具有2个平动自由度和1个转动自由度;进一步用解析的方法研究了该并联机构的运动学正反解;最后给出了该机构运动学的数值算例,为该类并联机构的进一步研究和应用提供参考。     

Gantry-Tau并联机构运动学分析

针对目前大部分的并联机构工作空间小这一缺点,研究了一种新型的3自由度并联机构。通过约束螺旋理论分析了机构的自由度,该机构具有2个平动自由度和1个转动自由度;进一步用解析的方法研究了该并联机构的运动学正反解;最后给出了该机构运动学的数值算例,为该类并联机构的进一步研究和应用提供参考。     

新型完全各向同性3T并联机构及其特性分析

针对并联机构耦合带来运动学分析与控制困难的问题,提出了一种新型完全各向同性的三维移动并联机构,该并联机构动平台和静平台之间由3条支链连接,3条支链的第一个移动副在空间中呈正交分布,使得该机构的动平台具有3个移动自由度,且输入输出一一对应。这种机构最突出的优点是运动副简单,三维移动解耦,运动学分析简单,便于该机构运动控制设计。采用螺旋理论分析了该机构的自由度及性质,确定了机构的主动副,给出了机构的位置和速度正反解,分析了机构工作空间及运动性能。根据机构输入输出关系,求得机构雅可比矩阵,验证了机构具有完全各向同性。研究结果对该机构的进一步应用具有理论指导意义。     

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。     

一种新型并联机构2-RPU/UPU位置逆解及工作空间分析

根据并联机构2-RPU/UPU独特的结构布局,该机构为过约束并联机构,在Pro/E中建立机构的三维模型,应用螺旋理论对机构进行自由度分析,得到动平台的运动规律,通过机构空间坐标变换求得该机构位置逆解表达式,最后采用MATLAB中Simmechanics工具箱编程求解机构的工作空间。     

一种2R1T空间并联机构及其位置分析

介绍了一种能实现一维平动和二维转动(2R1T)空间并联机构。首先,运用螺旋理论分析了该并联机构实现2R1T运动机构学原理,计算出该机构的自由度;然后,建立该并联机构的位置方程,解出其位置正、逆解;最后,通过一组数值实例验证了位置正逆解的正确性。该机构是由3条完全相同支链组成的并联机构,结构比较简单,是对S类并联机构的重要补充,可应用于工业机器人、并联机床、位姿调整器和少自由度微型模拟器等领域。