一种柔性移动微小机器人系统的驱动力学特性分析

基于尺蠖运动的机理，本文研制了一种具有柔性移动机构的微小机器人内窥镜诊疗系统，该机器人系统采用三自由度空气压橡胶驱动器驱动，通过气囊钳位。分析了机器人系统的驱动力学特性，设计了电-气控制系统控制机器人移动，并通过该电-气控制系统实验测试了机器人系统的驱动力学特性。实验结果表明，理论分析与实验测试结果相符，该机器人系统可在软管内实现平滑柔性移动。     

基于单开链的纯转动三自由度并联机器人机型设计方法

基于有序单开链理论与方法，提出了三自由度的动平台可实现三个方向转动的并联机构机型设计方法和过程；给出静平台上以三个转动副或移动副为主动驱动且具有某些拓扑对称性的7种基本机型；按照基本回路的过约束性、机构耦合度、运动输入一输出控制解耦性、拓扑对称性等特性，对所得到纯转动三自由度并联机构进行分类，依不同设计要求，推荐优选机型。     

三自由度压电叠堆微位移放大机构的研究

提出一种应用于压电叠堆的微位移放大机构,该机构以压电叠堆为驱动元件,通过基于杠杆原理的柔性铰链二级放大机构,放大压电叠堆的输出位移,在互相垂直的三个自由度方向上通过磁性部件连接,实现三自由度方向上独立的位移输出。同时,通过仿真和试验,对其静态特性和动态特性进行研究。试验测试结果表明:该机构对压电叠堆输出位移的放大倍数达到5倍,三个自由度方向上的位移互相没有影响,并且该机构具有线性良好、高分辨率和高频响应等特点。     

新型三自由度微操作平台的动力学性能研究

提出了一种新型三自由度柔性并联微操作平台,该平台采用压电陶瓷驱动器为驱动装置,以新型二级杠杆放大机构作为放大器来扩大压电陶瓷驱动器的输出行程,在功能上可以实现X轴、Y轴以及Z轴方向的微米范围内移动。首先通过拉格朗日方程建立了该三自由度柔性并联微操作平台的动力学模型,然后计算了该机构的理论固有频率,最后采用有限元软件对该微操作平台进行了模态分析。结果表明该机构的理论固有频率与有限元仿真分析中的第一阶模态结果相比其误差率仅为2.54%,验证了固有频率理论分析的正确性及可行性。     

三自由度气动运动机构的单片机控制

运动模拟器是车辆、动感座椅等实物仿真的重要设备,三自由度并联运动机构成为模拟航向、俯仰、侧倾等运动的实用机构。对设计的气动三自由度运动机构进行控制,采用单片机作为控制核心,通过DA转换器控制气动比例方向阀,驱动3个气动缸进行两转动一平移的三自由度运动。该运动机构结构及控制简单,成本低,运动特性良好。     

新型3-UPU柔性微操作平台的设计与分析

基于柔性铰链设计了一种新型3-UPU并联微操作平台,该平台可以实现空间中的三自由度运动。该机构由三条相同的支链采用对称的方式与动、静平台相连,以压电陶瓷作为驱动装置并内置在桥式位移放大器中。通过理论计算和有限元仿真对放大器的放大比进行了误差分析,又对平台的相关性能进行了研究,结果表明该平台的设计可靠、合理。     

并联机构机电耦合动力学计算

并联机构动力学模型是一个多输入、多输出、非线性、强耦合的复杂机电系统,目前还没有一个成熟的并联机构动力学建模和仿真计算方法.针对三自由度并联机构,建立了包括机械机构、伺服电机一体化的动力学模型.最后在设计好的运动平台轨迹下,计算了移动腿的位移、驱动电机的负载转距;分析了移动腿的误差.计算机仿真结果展示了控制器对机构位移和伺服电机转距良好的控制.     

新型3-PRC柔性并联微操作平台的研究

采用压电陶瓷作为驱动器设计了一种带有二级杠杆放大机构的3-PRC柔性并联微操作平台,该平台能实现空间三自由度的微小平移运动,放大机构的理论与有限元仿真分析放大倍数分别为8.772和8.245。首先采用矢量法建立了该机构的运动学模型,得到了其运动学正、逆解和雅克比矩阵。然后利用MATLAB软件分析并绘制了平台的工作空间,最后对机构的解耦性进行了理论分析并利用有限元软件进行了验证。结果表明该机构的耦合性误差小,可以实现空间三自由度微纳米级别的运动,具有较大的运动空间和良好的运动解耦性。     

一种新型三自由度移动可约并联机构的分析和设计

介绍了一种新型三自由度移动可约并联机构。分析了机构的运动,得到其雅克比矩阵。分析了机构的可约性、条件数、灵巧度、各向同性性能等性能,并以机构的工作空间为优化目标进行了设计。     

新型惯性式压电驱动机构的研究

基于控制移动机构和支撑面之间摩擦力的方法,提出了新型惯性冲击式压电陶瓷驱动机构的研究方案.分析了驱动机构的工作原理,驱动电压与驱动力、位移之间的关系,设计、制做了可实现直线往复运动的压电微型驱动器结构,并作了相关的性能测试.实验结果表明,采用简单的对称信号波形能驱动机构运动.直线驱动器最高速度可达1 mm/s,最大步长分辨率为20 nm,最大承载能力为1 000g.     

压电陶瓷驱动微小型步行机的设计与仿真研究

为适应微细操作的需要,研制了一种压电陶瓷驱动的微小型步行机样机。该样机利用仿生蠕动原理,能方便地实现平面上三自由度运动。分析了步行机的移动机理及结构组成。基于ADAMS的动力学仿真结果分析了各种因素(包括步行机与运动平面的摩擦状况、激励电压的幅值和频率等)对步行机运动的影响。仿真结果表明了运动的可行性。     

一类恒定雅可比矩阵移动并联机构的判定与综合

为得到雅可比矩阵恒定的移动并联机构,基于螺旋理论利用机构的主运动螺旋和传递力螺旋求解机构的雅可比矩阵,给出了移动并联机构在不同位置下雅可比矩阵保持恒定的判定条件。在此基础上,基于约束螺旋理论对具有该特性的分别包含三自由度、四自由度和五自由度分支的这类三自由度移动并联机构进行构型综合,构造并得到了多种雅可比矩阵恒定的移动并联机构。分析3-PPRU和3-CPU两种并联移动机构,由得到的机构在工作空间内不同位置下的输出速度、力变化曲线图可以看出在给定确定的输入情况下,机构的同一输出参数曲线在不同位置时相互重合,从而验证了该类型移动并联机构雅可比矩阵始终保持恒定。     

一种三自由度电动仿真平台的设计

介绍一种由伺服电动缸驱动的三自由度运动平台。详细叙述了3RPS并联机构的运动学反解,设计了电气控制系统。采用经典PID双闭环控制,经试验验证表明,充分利用计算机的计算特性,设计合适的控制软件,采用低成本、易维护的电动缸也可以达到和液压缸一样良好的控制性能。     

逆解法在三自由度机械手运动规划中的应用

对三自由度机械手工作行为进行仿真分析,按照运动规划逆解法的设计思路,在执行器施加预定载荷或运动轨迹。整机在逆向驱动下使中间传动部分、驱动控制部分分别产生响应,然后中间传动与控制再将所获得的工作特征传输至驱动源。驱动源的响应数据能使执行器产生预定载荷和运动轨迹,根据这个响应数据选择合适的电机和设计控制器,使之更好地反映作业要求。     

三自由度解耦液压自伺服关节运动特性分析

针对机器人关节中普遍存在的运动耦合、运动不够平稳、输出力矩小等问题,设计了一种径向配油的单叶片转角自伺服液压摆动缸,将其作为液压机器人关节的驱动机构,该液压摆动缸具有运动平稳、输出力矩大的优点,且其降低了液压机器人关节尺寸。通过ADAMS对三自由度解耦液压自伺服关节进行运动解耦性分析验证,然后利用MATLAB/Simulink仿真记录三自由度液压自伺服关节末端所能到达的空间轨迹,最终绘制出该三自由度液压关节的工作空间。仿真结果表明,该三自由度液压自伺服关节具有运动平稳、输出力矩大、运动解耦、工作空间大的特点。     

基于惯性冲击原理的3DOF微小型机器人系统

提出一种由4组压电陶瓷驱动器驱动的微小型移动机器人系统.基于惯性冲击原理,4组压电陶瓷驱动器在不同形式锯齿波电压的驱动下,能够实现机器人2个平动运动自由度和一个旋转运动自由度.基于DDS波形发生原理,为机器人设计了由C8051F040高速单片处理器、FPGA和功率放大器所构成的机器人驱动控制系统.机器人运动性能测试试验表明,提出的微小型移动机器人统具有亚毫米级的运动速度和亚微米级的运动分辨力,可以作为微操作系统中的移动式精密定位机构.     

三杆并联机器人动态特性试验研究

介绍了一种三自由度关联式机器人机构,通过试验测试了机构的动态特性,得到了模态参数和振型图,为控制和结构优化设计提供参考。     

三自由度仿生肩关节动力学建模与仿真控制分析

根据人体肩关节运动特性,提出了一种由气动人工肌肉(PMAs)驱动的解耦型并联肩关节。应用螺旋理论对三自由度并联机构进行了自由度分析。基于并联机构反解易求的特性,建立了机构的运动学模型,并利用拉格朗日法建立了机构的动力学模型。通过仿真控制实验,使用计算力矩法能较好控制三自由度并联机构的运动,同时也验证了动力学模型的正确性。     

真空环境下空间三自由度转换机构设计分析

为解决在真空环境下不同信号天线的转换机构操作复杂、定位精度低、成本高等问题,通过调查研究国内外真空环境下不同信号天线的三自由度转换机构,紧凑化设计了不同信号天线实现空间三个自由度转换的机构,建立机构的运动模型,并对机构的运动规律进行分析,为机构设计所需的工作参数和结构设计参数提供理论依据;最后利用仿真软件获得末端件的变化曲线。仿真结果表明此设计的空间三自由度转换机构提高了定位精度,满足试验要求,表明提出的新机构具有可适用性。     

基于改变正压力的惯性式压电旋转机构的研究

提出通过机械方式控制压电移动机构和支撑面之间摩擦力的有序变化,形成有规律的新型惯性式压电旋转机构的研究方案。设计了旋转机构的结构模型,分析了机构的运动原理,建立了机构的动力学模型,应用现代控制理论,利用Matlab对机构进行了运动学仿真,得到了机构位移、速度仿真曲线,设计、制作了旋转机构样机,并作了相关的性能测试。仿真分析结果和试验结果表明了运动机理和动力学模型的正确性。