三自由度并联机器人动力学及仿真

利用雅可比矩阵建立了一种三自由度并联机器人(3-RSR)动平台的外力、外力矩、惯性力、惯性力矩和重力到驱动关节的映射关系,在合理的假设基础上,运用牛顿欧拉动力学方程得到了动力学数学模型.并且基于虚拟样机技术,利用ADAMS软件对三自由度并联机器人进行动力学仿真.结果表明,用动力学模型计算的驱动力矩值和仿真结果一致,动力学模型精度较高,将其作为驱动力矩控制设计的基础是可行的.     

头盔伺服系统执行机构的动力学建模及其验证

首先对头盔伺服系统的执行机构——6URHS并联机构进行了运动学分析,建立了丝杠运动状态、螺母运动状态与动平台运动状态间的关系式;其次,采用牛顿-欧拉法对驱动分支及其构件进行了动力学分析,建立了驱动分支整体和包括螺母在内的部分构件的牛顿与欧拉方程,考虑了螺旋副摩擦力的影响,推导完成了封闭式的6URHS并联机构动力学方程;最后,采用MATLAB分别建立了6URHS并联机构的动力学模型和Simulink虚拟样机,对两者进行了动力学响应对比实验。实验结果表明:对于同一组驱动力矩输入,动力学模型与虚拟样机的动力学响应基本一致,动力学模型同虚拟样机的准确度相仿。另外,还进行了动力学仿真程序的轨迹跟踪实验,对驱动力矩进行了计算与分析。     

六自由度喷漆机器人动力学分析

应用牛顿-欧拉方法推导了6自由度机器人的动力学方程,在matlab中进行了编程求解.并应用ADAMS软件建立虚拟样机模型进行动力学仿真,用仿真的结果验证了编程计算的正确性.最后采用ADAMS的参数化分析方法,搜索出了满足一定约束条件下机器人各关节的最大驱动力矩,为机器人电机精确选型提供了参考依据.     

3-RSR并联机器人静力学和刚度的研究

运用螺旋理论求得3-RSR并联机器人的雅可比矩阵,利用雅可比矩阵建立了动平台所受外力和外力矩到驱动关节的映射关系,使静力学计算变得十分简单,还可以求得动平台的刚度矩阵,并为动力学研究打下基础。     

基于ADAMS的一种混联机器人动力学仿真

混联机器人由串联SCARA和并联3-RSR机构构成。以混联机器人为研究对象,在SolidWorks中建立机器人的三维模型,再利用ADAMS创建机器人的虚拟样机,对机器人进行动力学仿真,得到各关节的力矩变化情况和峰值力矩,为机器人的电机、减速器和舵机的选型提供依据。     

3-RSR/SP并联车载天线机构运动及力学特性分析

提出了一种新型3-RSR/SP并联式车载天线机构,基于螺旋理论分析机构自由度,发现在不同状态下机构自由度可变;建立机构的静力平衡方程和变形协调方程,并绘制不同工况下机构各构件所受力与机构位姿之间关系曲线;与3-RSR并联机构进行对比,所提出的机构驱动力矩较小,验证了其中间支链具有静力卸载作用。考虑车载天线的实际工况,通过拉格朗日方程法分别建立机构在基座固定和基座运动两种情况下的动力学模型,并绘制与之相应的机构驱动力矩变化曲线,表明基座运动对驱动力矩影响较大。所提出的构型有助于拓宽并联机构在天线领域的应用,特性分析对后续样机研制具有一定参考价值。     

基于螺旋理论的高速并联机器人动力学分析

为提高机器人在高速运动过程中的精度和稳定性,研究了4-DOF的Delta高速并联机器人动力学方程的建模方法.采用几何法求解机器人逆运动学方程,结合旋量理论的Kane方法建立了机器人的动力学方程.采用Matlab编程对运动学和动力学模型进行求解,绘制了各个驱动臂的位移、速度、加速度以及力矩曲线.在Simscape中建立Delta机器人的动力学控制系统,以力矩为输入,得到驱动臂位移曲线.对比计算和仿真结果,验证了动力学方程的正确性.     

3-RPS并联机器人动力学分析及控制

运用牛顿—欧拉方法建立3-RPS并联机器人机构的逆动力学模型。通过使用Simmechanics将并联机器人物理模型导入Matlab/Simulink中,利用Simulink对机构进行动力学仿真以及验证机构的逆动力学模型。针对并联机器人的建模不确定性,提出一种基于不确定性系统的鲁棒控制方案,即分别通过基于标称模型设计系统的计算力矩控制器,来镇定标称系统;通过构建Lyapunov函数来构建系统的鲁棒补偿控制器,来消除由于建模不确定性引起的跟踪误差。通过将控制模型导入Simulink中对其控制效果进行验证,其具有较低的稳态误差精度,效果优于计算力矩控制策略。     

基于牛顿—欧拉法的3PTT并联机构动力学分析及仿真

以3PTT并联机构的任一支链为研究对象,用D—H方法建立了各构件的坐标系,给出了支链运动学逆解的解析解;运用牛顿—欧拉动力学建模方法,建立了支链中构件的力和力矩平衡方程;推导出了3PTT并联机构的动力学方程,用MATLAB软件进行了理论计算,用ADAMS软件进行了动力学仿真,验证了理论计算的正确性,为3PTT类机构的动力学分析和应用奠定了基础,也为其机构的实际设计制造和应用提供了力学上的理论依据。     

混合驱动柔索并联机器人的设计与分析

为了使柔索并联机器人高效率、大负载、高性能的运动输出,根据并联机器人机构结构综合理论,设计一种新型混合驱动柔索并联机器人机构,给出机构虚拟样机模型,该机构通过混合驱动平面五连杆并联机构驱动柔索牵引末端执行器完成期望轨迹跟踪运动。基于牛顿—欧拉方法,建立混合驱动柔索并联机器人系统的动力学方程,结合实例进行力学分析和数值仿真。结果表明,混合驱动柔索并联机器人机构设计合理,数学模型正确,为混合驱动柔索并联机器人物理样机设计制造和控制系统的设计提供了理论依据。     

基于牛顿-欧拉法的4-UPS-UPU并联机构动力学方程

采用牛顿-欧拉法建立了空间并联机构的动力学方程,用于研究4-UPS-UPU五自由度空间并联机构的刚体动力学建模。分析了4-UPS-UPU并联机构的支链受力和动平台受力情况,基于牛顿-欧拉法推导出了该并联机构的刚体动力学方程。利用Matlab分别对动平台在空载和加载条件下的驱动力进行理论计算,得到了该机构5个驱动杆的驱动力。最后,利用ADAMS对4-UPS-UPU并联机构虚拟样机进行了动力学仿真分析。结果表明:并联机构在Z轴为0.95m的平面内按半径为0.01m的圆轨迹运动时,驱动杆1受力最大,空载时最大值达-760.6N,加载时最大值达-889.7N。理论计算结果和虚拟样机仿真结果基本一致,验证了理论模型的正确性。该项研究为4-UPS-UPU五自由度并联机构物理样机的制造奠定了理论基础,也为其他空间并联机构刚体动力学建模提供了思路。     

非惯性系下弹性欠驱动机器人动力学建模及应用

以旋量为基本运算单元,建立了非惯性系下弹性欠驱动机器人的动力学模型。首先以两个旋量的李括弧运算为基础,得到了惯性系下机器人的加速度映射关系。利用多刚体系统的速度、加速度旋量在不同坐标系之间的变换,推导出非惯性系下机器人在惯性系中的加速度映射关系。然后利用刚体的牛顿-欧拉公式,建立了非惯性系下机器人的动力学模型。推导的过程中始终以运动旋量、力旋量为基本的运算单元,简化了动力学建模过程。最后,以空中加油系统这种典型的非惯性系下的弹性欠驱动的应用为例,建立了其在非惯性系下的动力学模型,并用动力学仿真软件进行了验证,验证了理论分析的正确性和可行性。     

3-RSR型并联车载天线机构动力学优化与仿真

动态特性是高速高精密天线功能实现的关键。采用3-RSR(R为转动副,S为球面副)型并联机构作为车载天线构型,基于拉格朗日方程建立基体运动下天线机构动力学模型。以固有频率为目标,利用遗传算法对3-RSR天线机构参数进行优化,性能对比验证了优化结果的有效性。考虑风雪载荷及车体随机激励工况,建立车载天线机构仿真模型,分析得到相应工况下驱动力矩变化曲线。研究工作对车载天线机构动力学设计及样机研制具有参考意义。     

6-PSS并联机器人动力学模型的牛顿-欧拉方法

给出了动平台的速度、加速度与各个构件的速度、加速度之间的关系,以牛顿-欧拉法为基础,对6-PSS并联机构各个杆件和动平台分别建立牛顿-欧拉方程,并消去其内力,以动平台为研究对象导出6-PSS并联机构动力学方程的开式和闭式形式,最后进行了数值仿真,给出了动平台做一定曲线运动时各驱动力的变化曲线.为基于动力学的控制奠定了基础.     

基于Matlab的机器人建模与动力学仿真

在牛顿-欧拉方程的基础上对考虑摩擦力时机器人动力学方程进行了研究,并用Matlab编写了机器人动力学正问题和逆问题的求解函数,可计算通用串联机器人在有摩擦力与机械臂有无外力干扰情况下的动力学正问题和逆问题。并用Matlab开发了建立通用机器人的三维模型及其动力学仿真平台。以MotomanHP6机器人作为算例进行了动力学仿真,并绘制出关节力矩和位置在有/无摩擦情况下的曲线图。     

基于ADAMS的球形机器人加速特性分析

针对以配重改变重心为驱动的球形机器人进行了加速特性分析.通过牛顿一欧拉法建立了该类球形机器人直线运动的动力学模型,并对该非线性的动力学方程进行了简化,从而得到其加速度的振动微分方程.基于该方程分析了球形机器人的加速特性,以及机器人不同结构参数对其加速特性的影响.最后,利用ADAMS对球形机器人在硬质平坦路面上的运动进行了仿真,获得并分析了不同结构参数条件下球形机器人的加速度曲线,实验结果验证了动力学模型的有效性和准确性,为球形机器人的结构优化设计提供了依据.     

机器人操作臂动力学参数的动静态辨识方法研究

针对机器人惯性参数辨识的问题,提出了一种机械臂动力学参数的动静态混合辨识方法。在静态辨识中,通过变换机械臂的构型构造多维矩阵,利用机器人基座六维力传感器采集的三维力及力矩值,采用最小二乘法求解机械臂各连杆质量与质心坐标的乘积,为动态辨识过程消去待辨识参数的二次方项,降低辨识的复杂度。利用静态辨识结果,基于牛顿-欧拉算法推导参数解耦形式的机械臂动力学方程。在动态辨识中,规划各关节按照特定的组合方式运动,根据采集的各关节的力矩、速度及加速度值,采用伪逆法辨识各连杆的惯性张量以及质心坐标,继而完成动力学参数的全辨识,算法的参数辨识误差低于0.7%。最后,通过仿真实验验证了该辨识算法的正确性与可行性。     

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。     

六自由度并行机器人动力学模型及仿真

采用一种广泛应用于串行机器人动力学建模的方法──自然正交补（ＮＯＣ）法, 结合ｄ’Ａｌｅｍｂｅｒｔ虚功原理,推导出了不含约束力的六自由度并行机器人动力学模 型,并将它写成机器人动力学模型的一般形式,从而证明了在广义力对应的广义坐 标下,其惯性阵是对称、正定的。以此模型为基础,对一个典型运动进行了动力学仿 真,仿真结果验证了此模型的有效性。     

基于综合性能指标的串联变胞机器人冲击性能优化

研究串联变胞机器人的构态切换平稳性问题具有重要理论意义和实用价值。基于Newton-Euler方程建立串联变胞机器人的冲击动力学模型,并结合经典碰撞理论和恢复系数方程,推导出机器人构态切换时的冲量求解模型。在此基础上,针对机器人的构态切换平稳性问题,从构态切换前的速度性能、构态切换时的冲击性能和构态切换时的动力学性能3个方面对机器人的冲击运动性能进行分析,并建立了相应的性能指标。通过分析影响性能指标的机器人参数,对上述冲击运动性能指标进行分类,并基于权重系数法,构建面向综合评价指标的参数优化设计模型。以平面3自由度变胞机器人为例,仿真分析机器人参数对冲击运动性能的影响,并对其进行优化设计。研究结果表明：通过改变杆件长度和初始构型可有效减小机器人构态切换时所产生的冲量,改善了机器人的冲击运动性能,有利于提升系统运行的稳定性和安全性。