6-UPS并联机床位姿空间图谱

为确定6-UPS交叉杆式并联机床BJ-04-02(A)的加工能力,利用数值方法进行了工作空间计算,绘制了相应的图谱。考虑驱动杆长度、转动副转角、交叉杆间干涉三种约束条件,计算了刀具平台在参考姿态下的平动位置空间。绘制了该空间的边界图谱,给出了该空间的最大包容球、最大包容圆柱及最大包容长方体。重新定义并计算了该空间内每一点处的姿态能力角,给出了不同姿态能力角对应的工作空间。结果表明:刀轴偏摆20°状态下,该机床工作空间与机床体积之比约为Mikron五轴机床UCP800的1/25。     

6-SPS并联平台位置姿态误差分析

提高位置和姿态的精度是 6 - SPS并联平台的关键技术之一。本文给出了含间隙球铰的简化模型 ,在分析驱动杆杆长误差和上、下球铰空间位置误差对平台位置姿态误差影响的基础上 ,利用数理统计的方法 ,建立了球铰间隙与平台位置姿态误差之间的关系 ,进而推出并联平台位置姿态误差的综合表达式 ,为平台的精度补偿提供了理论基础。     

铰链间隙对6自由度并联机床刀具位姿的影响分析

为了评价6自由度交叉杆型并联机床中铰链间隙对刀具空间位置与姿态(简称位姿)的影响,提出了一种"分解、求交"方法,确定铰链间隙引起刀具平台位姿的可达空间,进而分析铰链间隙对刀具位姿的影响。基于旋量理论,采用指数坐标法推导了该机床各支链的正向运动学指数式解析表达式,并分别求取单支链单独约束下铰链间隙引起刀具平台的可达空间。对6个空间进行求交处理,获得6支链同时约束下的可达空间,即为间隙引起的误差空间。实验结果证明了该"分解、求交"方法的正确性和有效性。     

3-TPS型并联机器人约束链的几何误差分析

并联机构中的约束链误差不能通过控制来消除，会对机构运动精度产生很大影响，为此文中建立了由约束链的铰链点位置变形和杆长制造误差引起的动平台中心点的位置和姿态误差的数学模型．并通过实例计算了动平台在工作空间的位置误差以及姿态误差的均值和方差，可以看到误差基本呈对称分布，是随转角变化的函数，由此可以找到误差最大的位姿。     

Manufacturing-Oriented Tolerance Design of Parallel Machine Tools

精度设计是机床误差避免技术的重要手段,涉及在工作空间中给定刀具的最大位姿允差后,合理地制定零部件制造公差及装配工艺的问题。以3—HSS型并联机床为对象,利用空间矢量链模型建立零部件制造误差与动平台位姿误差的映射关系。给定零部件制造公差后,利用该模型即可预估出动平台的位姿误差。在此基础上,根据灵敏度分析结果,提出一种在给定刀具位姿允差条件下,以零部件制造公差加权欧氏范数最大为目标,以角性公差和线性公差在同一精度等级下达到均衡为约束条件的精度设计方法。研究成果已成功地应用于一台并联机床样机的开发。     

面向制造的并联机床精度设计

精度设计是机床误差避免技术的重要手段,涉及在工作空间中给定刀具的最大位姿允差后,合理地制定零部件制造公差及装配工艺的问题。以３－ＨＳＳ型并联机床为对象,利用空间矢量键模型建立零部件制造误差与动平台位姿误差的映射关系。给定零部件制造公差后,利用该模型即可预估出动平台的位姿误差。在此基础上,根据灵敏度分析结果,提出一种在给定刀具位姿允差条件下,以零部件制造公差加权欧氏范围最大为目标,以角性公差和线性公     

并联机床运动仿真与运动学分析的新方法

为了不建立数学模型完成并联机床机构的运动仿真和运动学分析，提出综合利用CAD软件所具有的装配约束和尺寸驱动功能实现运动仿真和运动学分析的方法。给定刀具位置与姿态的驱动尺寸和杆件长度的被驱动尺寸，在装配约束作用下驱动尺寸带动整个机构运动，实现运动仿真，记录杆件长度的被驱动尺寸，得到杆长的值。用Matlab软件拟合杆长数据，得到刀具位姿（驱动尺寸）与每个杆长值（被驱动尺寸）的拟合曲线和拟合方程，求解了杆件的速度和加速度方程。计算机模拟结果表明，并联机床运动仿真与运动学分析方法简捷直观，速度快，求解精度高，可完成其他多自由度并联机构的运动仿真和运动学分析，是并联机构的运动仿真和运动学分析的有效工具。     

并联机床数控代码的虚实映射计算

为了有助于并联机床数控系统和仿真系统的开发，克服建立数学模型实现机床数控代码虚实映射计算的缺点，文章提出了综合利用CAD软件的装配约束和尺寸驱动功能来实现虚实映射的方法。给出了并联机床机构简图和虚拟样机实体模型，通过将数控代码进行预处理，进行了并联机床的虚实映射计算，即给定刀具位置和姿态的驱动尺寸、驱动杆件长度的被驱动尺寸，在装配约束作用下驱动尺寸带动整个机构运动，记录杆件长度的被驱动尺寸，求解出杆长的值。计算机模拟结果表明，该方法简捷直观、速度快、求解精度高，可以完成其他多自由度并联机构的虚实映射计算，为并联机构的虚实映射计算提供了更有效的工具。     

3-UPS并联机床驱动杆结构参数对工作空闻的影响分析

以一种3-UPS并联机床为对象,研究了其工作空间的特点,并分别分析了驱动杆的长度变化范围和驱动杆两端铰链点的转角变化范围对工作空间形状的影响情况。通过研究其驱动杆的结构参数对机床工作空间的影响所得的结论,对于确定此并联机床的工作空间形状,以及根据工作空间的大小进行机床的结构尺寸设计都具有重要意义。     

3-UPS并联机床驱动杆结构参数对工作空间的影响分析

以一种3-UPS并联机床为对象,研究了其工作空间的特点,并分别分析了驱动杆的长度变化范围和驱动杆两端铰链点的转角变化范围对工作空间形状的影响情况.通过研究其驱动杆的结构参数对机床工作空间的影响所得的结论,对于确定此并联机床的工作空间形状,以及根据工作空间的大小进行机床的结构尺寸设计都具有重要意义.     

Stewart机构姿态奇异及姿态工作空间的研究

推导出6/6-SPS型Stewart机构处于固定位置时机构的姿态奇异轨迹的解析表达式。利用位置反解方程并综合考虑所有的结构约束条件,提出了一种计算6/6-SPS型Stewart机构的姿态工作空间的离散算法,基于此算法提出了计算该并联机构的实际姿态工作空间的离散算法。通过计算机仿真给出了6/6-SPS型Stewart机构的姿态工作空间和实际姿态工作空间的三维可视化描述。     

机械臂全工作空间域非参数约束位姿误差估算

针对机械臂全工作空间域位姿误差估算,提出了非参数化约束的运动学误差综合解算与动态估算方法。基于误差等效微分变量和多关节运动的连杆坐标系误差等效微分变换,构建了机械臂运动学动态非参数化约束的位姿误差模型。将多因素产生末端位姿误差归结为与关节转角变量有关的周期性动态函数变化,实现了机械臂综合误差的动态函数化描述。根据多连杆坐标系关节运动耦合规律,设计了多关节运动空间坐标系位姿在线解耦变换与补偿算法。全工作空间域验证实验中,误差估算值与测量值之间的位置坐标的最大绝对值偏差小于0.01 mm,姿态角的最大绝对值偏差小于0.03°。实验结果表明,该方法可提高机械臂全工作空间域位姿误差估算的精度与可靠性。     

五自由度3D打印并联机器人设计及分析

为实现多向3D打印,设计了一种新型五自由度3D打印并联机器人,该机器人具有两个转动自由度和三个平动自由度,其特点是采用铰接的动平台以获得大的工作空间。根据建立的运动学模型,计算了该机器人机构的运动学反解,分析了定姿态位置工作空间和定位置姿态工作空间,用螺旋理论方法建立了速度雅可比矩阵,在此基础上分析了五自由度3D打印并联机器人的奇异性、灵巧性,并进行了运动仿真分析。研究结果表明,所设计的五自由度3D打印并联机器人具有大的位置工作空间和姿态工作空间,该机器人在工作空间内存在奇异位置,通过添加冗余驱动后可以消除奇异位置,并且具有良好的灵巧性,适合多向3D打印。     

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。     

基于改进粒子群算法的并联机器人运动学精度提高新方法

针对并联机器人在基于给定工作任务进行轨迹规划过程中,存在因机构误差引起的期望轨迹与理想轨迹之间的偏差,由此造成并联机器人运动学精度降低的问题,提出了一种并联机器人运动学精度提高新方法。首先将连续工作任务离散化为满足精度要求的若干理想位姿点,在建立并联机器人位姿误差模型基础上,将机构误差项转化为驱动杆误差;基于种群排列熵模型和粒子速度激活机制改进了粒子群算法,并利用改进的粒子群算法组合优化驱动杆参数,补偿并联机器人位姿误差,进而修正期望轨迹以提高并联机器人运动学精度。通过MATLAB和ADAMS仿真验证了所提出方法的可行性和有效性。     

6自由度3-UrRS并联机构的位置正解分析

机构的位置分析是求解机构的输入与输出构件直接的位置关系,是机构运动分析最基本的任务,也是机构速度、加速度、受力分析、误差分析、工作空间分析、动力分析和机构综合等的基础。在实际应用中,解正解问题意味着决定机器人末端执行器当前实际的位姿。基于此,提出一种新型3支链6自由度并联机构3-UrRS,采用球面2自由度五杆机构作为复合驱动装置。以机构上平台3个顶点之间的长度为约束条件,建立约束方程,研究该并联机构的正解的封闭解形式,得到一个16次方的一元多项式方程。以3-UrRS自身的机构特点建立约束方程,得出反解的封闭解形式。最后对该正反解的研究结果进行数值验证,正解的计算结果与反解的计算结果十分吻合,仅有微小误差,这是由计算的累积误差引起的。     

Accuracy analysis of Stewart platform based on interval analysis method

A Stewart platform is introduced in the 500 m aperture spherical radio telescope(FAST) as an accuracy adjustable mechanism for feed receivers.Accuracy analysis is the basis of accuracy design.However,a rapid and effective accuracy analysis method for parallel manipulator is still needed.In order to enhance solution efficiency,an interval analysis method(IA method) is introduced to solve the terminal error bound of the Stewart platform with detailed solution path.Taking a terminal pose of the Stewart platform in FAST as an example,the terminal error is solved by the Monte Carlo method(MC method) by 4 980 s,the stochastic mathematical method(SM method) by 0.078 s,and the IA method by 2.203 s.Compared with MC method,the terminal error by SM method leads a 20% underestimate while the IA method can envelop the real error bound of the Stewart platform.This indicates that the IA method outperforms the other two methods by providing quick calculations and enveloping the real error bound of the Stewart platform.According to the given structural error of the dimension parameters of the Stewart platform,the IA method gives a maximum position error of 19.91 mm and maximum orientation error of 0.534°,which suggests that the IA method can be used for accuracy design of the Stewart platform in FAST.The IA method presented is a rapid and effective accuracy analysis method for Stewart platform.     

基于调整步长牛顿法的Stewart并联机构位置正解

针对采用牛顿或拟牛顿迭代算法求解Stewart并联机构接近奇异位姿的位置正解时存在计算结果不收敛以及采用牛顿下山迭代算法求解时间较长的问题,提出了将调整步长牛顿法应用于并联机构位置正解。首先设计基于调整步长牛顿法的Stewart并联机构位置正解流程;然后,采用遗传算法以步长矩阵初值及等比参数为变量,以Stewart并联机构64种极限位姿正解所需迭代步数为目标,得到步长矩阵初值及等比参数最优值。通过数值算例,设置机构杆长绝对误差为0.01mm,对64种极限位姿进行正解,牛顿法与拟牛顿法共6种位姿正解不收敛;牛顿下山法10种位姿正解时间大于2.0ms;调整步长牛顿法正解时间均小于2.0ms。调整步长牛顿法为Stewart并联机构位置正解的实时应用提供了理论指导。