欠秩三自由度3-UPU并联角台机构运动特性分析

分析了一种欠秩三自由度3-UPU并联角台机构(支链移动副两端转动副相互平行)的运动特性。首先,用反螺旋理论分析了在初始位置和发生位移后该机构的运动特性。其次,得到了在初始位置和发生位移后该机构的主螺旋。研究表明,该机构在不同的位置下有3个连续的移动自由度,即有相同的自由度数目及相同的自由度的性质．因而该机构是一种性能稳定的、适用的机构。通过研究,丰富了欠秩三自由度并联机构的理论。     

基于螺旋理论的3-RPS型并联机器人运动学分析

3-RPS型并联机构具有三个结构对称的支链形式,各支链由一个转动副连接机座、一个球面副与动平台相连接,转动副与球面副由移动副所连接。采用螺旋理论及空间机构构型原理,通过约束形式分析得出该类型并联机器人运动性质,采用矢量分析方法对其运动学正解/反解进行求解,得出该并联机构运动学方程。基于对称非齐次性少自由度并联机构Jacobine矩阵,进一步对该类型并联机器人结构奇异性进行分析与总结。     

3-RPS并联机构运动与静力特性分析

对3-RPS并联机构运动学和静力学特性进行分析,建立该机构位置反解公式和位姿约束方程;对机构速度正反解进行分析,建立速度分量相关性公式;建立该机构静力平衡方程和静力传递矩阵,确定速度映射和力映射对偶关系;推导证明了该机构工作空间的对称性;提出一种检测机构位姿方法,有效解决并联机构位置正解难题;用算例对理论分析正确性进行验证,为该机构优化设计和控制规划奠定理论基础。     

3-RPS并联机器人运动可靠性仿真研究

利用ADAMS 12.0建立多体系统仿真模型:首先在ADAMS/View模块下建立参数化的虚拟样机模型。利用ADAMS软件提供的Point Motion、Measure和Spline等功能,获得机器人位姿正反解。考虑杆长误差和球副位置误差服从正态分布的情况下,利用随机抽样获得不同模型的实现,通过仿真得到机器人末端执行器的多组运动轨迹,并用文本文件记录相应的数据结果。最后由统计计算得出任意时刻的机器人运动可靠度。该方法不涉及复杂的数学推导,计算精度高,求解周期短,为设计人员提供了一定的参考,适合于工程应用。     

3-RPS并联机器人的奇异位姿研究

奇异的运动学原理是物体上非共线三点的速度的三个法平面的交点,能落于该三点决定的平面上.这是物体上非共线三点的速度能确定此物体螺旋运动的充分必要条件.依据此原理得到一种新的判别并联机器人机构奇异的简捷方法.这里用此方法研究了3-RPS机构的奇异位姿.     

空间3-RPS并联机构运动学分析

从空间3-RPS并联机构关节约束导出动平台位置和姿态参数之间的耦合关系,给出了描述机构位形的独立参数也即广义坐标。利用运动等同性条件建立机构几何约束,得到机构位置反解方程,进一步将约束方程对时间求一阶和二阶导数建立构件之间的速度加速度关系,从而避免了在运动方程中出现复合关节变量,得到构件之间显格式的速度加速度传递关系。实例表明该种方法,具有计算效率高的优点,有利于机构学问题的快速求解和动态仿真。     

三自由度3-RPS并联机器人机构的运动分析

讨论了具有三自由度的３－ＲＰＳ并联机器人机构的运动分析。在这种机构操作器平台的六个运动位姿参数中，只有三个是独立的，而其它三个参数不是独立的。因此，这种机构的雅可比矩阵是一长方阵，这就是这种机构的运动分析的难点所在。本文根据这种机构的结构特点，给出了操作平台的输出运动参数的三个运动约束方程，并且建立了三个独立输出运动参数和三个独立运动输入参数之间的速度和加速度关系的显式数学模型，为这种机构的运动分析提供了简便有效的数学工具     

3-PRS并联机构运动分析及仿真

介绍了一种3-PRS空间并联机构,在用螺旋理论对该机构进行运动分析的基础上,用UG构建了该机构虚拟样机并导入ADAMS软件对其进行运动学仿真,利用ADAMS强大的运动仿真、函数、测量及后处理功能,验证了该并联机构是一个全对称的空间三自由度并联机构,动平台可以实现绕X轴、Y轴方向的转动及沿Z向的平动,与螺旋理论运动分析结果完全一致,为将来的原型样机设计、控制等研究工作提供了相关的参考依据。     

3-(S/U)P(S/U)并联机构运动能力特性对比分析

基于运动的元素数学表象及物理意义,引入主-副运动理论,区分定义机构输入、输出自由度,利用"六元素法"对关节运动域特征进行描述,通过输入-输出运动综合转化公式和解析分析,借助平面六维拓扑图,从具体3-SPU机构实例分析其输出运动能力特性出发,拓展到由SPS,SPU,UPS同构组成或混合组成的3支链并联机构输出运动特性,得到3个重要影响因素,一是并联机构3支链所在直线与静平台铰接点与形心连线构成平面与静平台所在的水平面是否垂直,二是上下平台是否平行,三是上下平台虽不平行,但某一支链两端的静平台铰接点与静平台形心连线与动平台铰接点与动平台形心连线是否平行是重要影响因素。基于反螺旋的自由度分析结果对应基于主-副运动理论的自由度分析的MDOF分析结果,不包含伴随输出对应的P-DOF分析结果。     

解耦球面转动并联机构的运动分析与验证

详细分析了一种解耦球面转动并联机构的运动特性,利用速度关系证明该机构具有3个完全解耦的转动自由度,并具有工作空间大、刚度均匀一致、误差分布全局各向同性的优点.针对机构约束冗余的不足,进一步提出了避免过约束的改进机型.     

具有连续转轴的新型3-UPU并联机构的运动特性分析

提出了一种新型3-UPU对称并联机构,该机构具有两个转动自由度和一个移动自由度（2R1T）。基于单叶双曲面几何性质,证明了该机构在任意位形下始终关于一个中间平面对称及机构自由度的非瞬时性;进而发现该机构动平台具有可绕其中间对称平面内任意直线做连续转动的特性,并通过仿真进行验证;采用一种新的两转动机构的姿态矩阵的求解方法,推导了该机构的运动学反解,并进一步分析了其工作空间。研究结果为该类机构的应用提供了理论参考。     

馈能悬架并联机构动力学分析

针对传统馈能悬架机械效率低、机构复杂等特点,设计一种简单且高效的少自由度并联机构馈能悬架系统。该系统可以将汽车悬架的垂直运动转化为机构的旋转运动,并带动电机发电。以少自由度并联机构为研究对象,首先采用旋量理论分析该机构实现空间一转一移运动的机构学原理,建立雅克比矩阵,对该机构的正逆位置进行分析,并定义支载力评价指标。然后利用拉格朗日法建立该馈能系统的动力学模型,应用数值方法对该机构的可行性进行分析,最后利用ADAMS对该机构进行运动学和动力学进行仿真分析。数值计算与仿真结果的误差不超过3%,验证了该算法和所建模型的正确性,也为该机构应用到车辆馈能悬架提供了参考。     

基于ADE-Newton算法的3-RPS并联机构位置正解分析

将智能算法和数值迭代法相结合,构造一种组合式算法——自适应差分进化算法-Newton迭代(Adaptive differential evolution and Newton iteration,ADE-Newton)算法。以3-RPS并联机构为研究对象,详细阐述利用ADE-Newton算法求并联机构位置正解的原理和步骤。为了验证ADENewton算法的有效性和通用性,给出3-RPS并联机构在不同驱动杆长条件下的数值算例。仿真结果表明,ADE-Newton算法能够以较高的效率求得不同驱动杆长条件下的全部高精度位置正解。还比较了ADE-Newton、人工蜂群、粒子群和差分进化算法求3-RPS并联机构位置正解的性能,比较结果显示,ADE-Newton算法的计算效率、收敛精度、稳健性以及可靠性高于对比算法。     

具有连续转轴的对称2R1T三自由度并联机构型综合

为综合出更多具有连续转轴的并联机构新机型,提出一种具有连续转轴的两转一移（2R1T）并联机构型综合新方法。运用螺旋理论,给出该类机构约束螺旋的空间布置,提出并联机构连续转轴的判别条件,确定分支运动副类型及空间位置关系。基于分支约束力与分支运动副之间的几何位置关系,证明了该类机构能够实现连续转动。利用该方法对具有平面上任意直线为连续转轴的对称两转一移并联机构进行综合,并仿真验证了研究结果的正确性。该综合方法简单、有效。     

基于影响系数3-RPS并联机构运动学分析与仿真

利用环路方程法推导了3-RPS三自由度并联机构的一阶、二阶影响系数表达式。在3-RPS并联机构的一阶、二阶影响系数的基础上,研究了其运动学逆解问题。建立基于影响系数的运动学模型,运用Matlab软件进行了并联机构运动学仿真,分析驱动位移、速度和加速度曲线,得出3-RPS并联机构一阶、二阶影响系数的特性,其一阶、二阶运动影响系数与原动件运动无关,只与其运动学尺寸、类型和位置有关。     

2-UPR-SPR并联机构转轴分析

两转一移(2R1T)并联机构转动自由度的轴线包括瞬时转轴和连续转轴。转轴的性质和在空间的分布对2R1T并联机构的轨迹规划和运动学标定等具有重要意义,尤其是在对末端姿态能力要求高的应用如五轴数控加工中更为重要。五自由度Exechon混联加工中心被广泛应用于高端制造业,其由属于2R1T并联机构的2-UPR-SPR并联机构和RR串联机构组成。运用螺旋理论,建立2-UPR-SPR并联机构在初始位形、动平台发生单自由度连续转动后的位形、动平台发生两自由度连续转动后位形下的各分支运动螺旋系和约束螺旋系。根据刚体转轴与约束力作用的关系,确定了动平台的两条连续转轴,这两条转轴的方向与机构位形相关,且分别过参考坐标系原点和球铰中心点。     

一种无汇交轴线对称三转动并联机构的运动分析

传统的三自由度转动并联机构（又称球面并联机构）一般都有一个转动中心,且这个中心点往往是分支间多个运动副轴线的汇交点,这种严格的几何条件给机构的加工制造带来很大的难度,制约了这类机构的应用。针对此,提出了一种无汇交轴线的对称三转动并联机构,其三个分支对称布置,分支内及分支间均无汇交轴线。对机构进行了位置反解,得到了机构四种对称的装配构型;从分支运动奇异、平台约束奇异和驱动奇异三个方面对机构进行了奇异分析;最后给定了一组尺寸参数,采用数值搜索的方法得到了机构的姿态工作空间。通过结果可以看出,该机构可以实现三维转动,具有较大的姿态工作空间,而且制造装配相对容易,具有很好的应用前景。     

一种两转动一平移并联机构的运动学分析

提出了一种能够实现一维移动和两维转动的空间3自由度并联机构,其固定平台与运动平台通过1个PTS支链、1个PRS支链和一个PS支链相连接.基于该机构运动约束方程,得到位置反解、正解和速度方程的封闭表达式.最后,应用实例验证了理论分析的正确性.     

3-RPS并联机构滑模变结构控制系统设计

针对并联机构传统控制器轨迹跟踪精度较低的问题,设计了一种基于并联机构动力学方程和比例切换控制律的滑模变结构控制器(SMC)。首先,建立机构的Matlab/Sim Mechanics仿真分析模型,采用微位移法求解并联机构的Jacobian矩阵及通过工作空间分析确定机构的最佳尺寸参数,为控制系统提供理论参考输入值。其次,设计滑模变结构控制器,运用Lyapunov函数证明滑模变结构控制器的稳定性;最后,建立机构的PID控制和SMC控制系统Matlab/Simulink框图,分别对其进行仿真分析与对比。结果表明,SMC控制器的轨迹跟踪精度比PID控制器的精度高,稳态误差小,且鲁棒性强,响应速度快,从而验证了SMC控制的有效性。     

基于连续蚁群算法的3-RPS并联机构正解

为了避免传统数值方法求解并联机构正解问题的弊端,提出了一种将并联机构正解问题转化为目标函数优化问题的求解方法。并联机构正解的核心问题是求解一组多元耦合非线性方程组,以此为依据建立了并联机构正解的目标函数优化模型,并提出了一种简单的连续蚁群算法来求解该优化模型。以求解3-RPS并联机构正解为例进行了仿真分析。结果表明,该算法具有良好的全局寻优功能,能够避免初始值和局部极小值对计算结果的影响,不用计算雅可比矩阵及其逆阵,且计算精度满足并联机构正解的要求。