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。     

冗余平面并联机器人工作空间分析及轨迹规划

针对固高三自由度冗余并联平面机器人的结构特点,首先对其正向运动学特性进行了分析,然后对并联机器人的工作空间进行了确定。由于末端执行点位于工作空间不同区域时,反解表达式不同,所以对三自由度冗余并联平面机器人的逆向运动学的特性进行了分段考虑,并由此确定了关节的转角运动范围。随后,采用线性插值方法对关节空间轨迹规划进行了研究和仿真。实验结果证明了并联机器人工作空间和轨迹规划的正确性。     

6-PUS/UPU并联机器人运动学及工作空间分析

提出和研究了一种新型6-PUS/UPU并联机器人,该机器人结构对称,刚度大,可用于视觉测量、力控制研究、冗余控制研究.首先利用螺旋理论对6-PUS/UPU并联机器人进行了自由度分析,然后根据该机构的几何特点和D-H法对该并联机器人进行了运动学分析,得出了6-PUS/UPU并联机器人的运动学反解,并在此基础上对该并联机器人的工作空间进行了分析.该研究结果对此种机器人的深入研究及该并联机器人的实际应用具有重要理论意义.     

一种三平移并联机器人的仿真研究

基于螺旋理论,分析3-RCR并联机器人的机构构型,得到该并联机器人的自由度。用三维建模软件ProE对该并联机器人进行建模,将机构模型导入到Adams中,基于Adams的虚拟仿真技术,验证机构的自由度,当该并联机器人动平台输出分别为圆轨迹和正方形轨迹时,对其进行运动学的仿真分析,分别得到驱动杆Part4、Part6、Part8的角速度、角加速度的变化规律,为3-RCR并联机器人后续的应用和研究提供了重要的参考。     

新型6自由度3-UrRS并联机器人的奇异位形分析

研究了一种新型6自由度3支链并联机器人的奇异位形,利用机构的运动学反解方程和雅可比矩阵得出了精确的奇异位形的解析形式。从运动学角度分析,奇异位形有3类形式,每种形式都具有不同的物理意义。研究了该并联机器人的第一类和第二类奇异位形,并画出了4种特殊位置的奇异位形。奇异位形的分析对该并联机器人的轨迹规划和控制具有重要的意义。     

基于高速视觉的绳索牵引并联机器人轨迹跟踪控制

在绳索牵引并联机器人中,实时测量动平台位姿是实现高精度轨迹跟踪控制的关键环节。为此,设计一种基于高性能工业相机的高速视觉测量系统,实现绳索牵引并联机器人的运动学视觉伺服控制。设计一种基于感兴趣区域的位姿跟踪算法,并且加入Auto-Regressive(AR)模型对位姿进行实时预测,避免了绳索牵引并联机器人复杂的正运动学求解。以此为基础,构建了工作空间的运动学视觉伺服控制方案,在实际6自由度绳索牵引并联机器人上进行了轨迹跟踪控制试验,试验结果表明基于高速视觉测量的工作空间控制方案明显优于基于编码器反馈的关节空间控制。     

基于能耗最优的4自由度并联机器人轨迹优化

针对一种可实现SCARA运动的4自由度并联机器人(以下简称C4并联机器人),研究其以能耗最优为目标的运动轨迹优化方法。在运动学及简化刚体动力学分析的基础上,建立了该机器人的理想能耗模型。系统分析了C4并联机器人各伺服电机的输出功率与其末端动平台加速度之间的映射关系,并由此提出了一种能耗最优的评价指标,进而用于指导机器人轨迹优化。基于3-4-5次多项式运动规律,研究了机器人末端动平台在Adept Motion运动轨迹下各轨迹路径点的运动学参数(位置、速度和加速度)与其对应运行时间之间的函数关系。以能耗最优为目标,建立了C4并联机器人运动轨迹优化的数学模型,并应用MATLAB遗传算法求解出相应约束条件下各段运行时间的最优解。搭建了C4并联机器人的实验平台,并通过试验验证了该轨迹优化方法的有效性。试验结果表明该方法可有效降低各伺服电机输出转矩并提升机器人的动态性能。     

双SCARA机器人运动学及奇异性分析

提出了一种可用于微小零部件装配作业的新的双SCARA并联机器人,该机器人有三个自由度:两个平动和一个转动。建立了双SCARA并联机器人的运动学正解模型,推导出了可用于奇异位形判别的机构雅可比矩阵。在给定几何参数的前提下,根据机器人雅可比矩阵的行列式数值是否为零对该平面并联机器人进行了奇异性分析,在Mathematica9.0中编制了奇异性分析程序,利用关节变量得到了反映机器人奇异位形的奇异性曲面。研究为该并联机器人的轨迹规划,机构优化以及工作空间优化提供了技术基础。     

并联机器人动态滑模轨迹跟踪控制研究

并联机器人是机器人研究与应用的重要部分,它具有刚度大、承载能力强、位置误差不积累等一系列优点,但它本身高度的非线性和强耦合}生,使对其精确控制极为困难.针对以交流伺服电机驱动的六自由度并联机器人机构,分析了其运动学逆解,进行了轨迹规划,设计了动态滑模变结构控制算法,建立了机器人支路的仿真模型,完成了对支路的期望运动轨迹的跟踪.仿真结果表明该算法系统抗干扰能力强,具有快速有效跟踪期望轨迹的优良性能.     

基于人工生命算法的并联机器人最优轨迹规划

基于机器人直纹面概念和人工生命算法,提出一种并联机器人位姿轨迹最优规划方法.应用计算几何中的三维直纹面生成原理,对机器人末端执行器的位置和姿态进行统一描述.考虑到机器人姿态直纹面面积及其变化率能够反映和评价机器人的运动学和动力学性能,通过求解等效角位移矢量在空间的运动轨迹形成的三维直纹曲面面积及其变化率,并将其作为泛函的泛函极值,同时考虑运动时机器人的灵活度,建立机器人位置和姿态轨迹优化的数学模型.采用人工生命优化算法对代表并联机器人位姿轨迹的高阶参数化空间曲线的参数进行优选,通过优化轨迹直纹曲面面积及其变化率和机器人的灵巧度,使并联机器人具有良好的运动学和动力学性能.最后以一三自由度球面并联机器人轨迹规划实例,验证所提出方法的可行性.