基于Matlab的打磨机操作臂的动力学仿真

运用Madab中的Robotics Toolbox建立打磨机操作臂的动态模型,分析操作臂末端执行器运动轨迹,并研究其各关节在外力作用下速度的变化,从而实现对操作臂动力学特性的分析与仿真,为操作臂的实际加工制造提供强有力的依据。     

6R操作臂逆运动学分析与轨迹规划

提出一种依赖初始位形的6R串联操作臂运动学逆解模型与轨迹规划方法。以折叠状态下6R串联操作臂各关节轴线方向单位矢量和位置矢量为基础,运用旋量理论与指数积方法建立该操作臂在初始状态下的运动学模型,以解析法得到该操作臂的16组运动学逆解,通过规划末端执行器在全局坐标系下的位置和姿态运动轨迹,应用运动学逆解得到各关节的运动轨迹。仿真结果表明该操作臂运动学模型、逆解方法与轨迹规划结果正确。该方法建立的6R串联操作臂运动学模型及逆解方法具有建模简单、易于求解、便于轨迹规划等优点。     

排爆机器人五自由度操作臂动力学分析

结合排爆机器人的研制,针对安装于排爆机器人移动平台上的五自由度操作臂实际结构,首先测算出操作臂的惯性参数,并由此建立动力学模型,推导出拉格朗日动力学方程和参数;然后模拟排爆抓取任务,规划了操作臂各关节三段式五阶多项式运动规律,由动力学方程仿真求得各关节电机的力矩变化规律,并结合电机性能参数验证了运动规划的合理性。     

全向移动操作臂动力学建模与实验分析

为了提高全向移动操作臂的控制精度,建立其运动学模型与动力学模型。首先,根据Mecanum轮的特性建立全向移动平台运动学模型,根据DH法则推导5自由度操作臂的运动学方程,并将操作臂基坐标与移动平台质心合而为一,推导出统一运动学方程;然后,在统一运动学模型的基础上,运用第二类拉格朗日方程,考虑移动平台和操作臂之间的耦合关系,考虑能量耗散问题,建立全向移动操作臂统一动力学模型;最后,依据设计搭建实验样机,并采用两种不同的转矩间接测量方法,在样机以不同运动方式情况下测量实时转矩,将之与由动力学方程算得的转矩计算值对比。结果表明,所建动力学模型正确可靠,为以后的运动控制提供了理论基础。     

绳驱动机械臂动力学建模及ADAMS仿真研究

针对绳的引入造成绳驱动机械臂动力学建模较难获取的问题,考虑绳的单向受力性,研究了绳对机械臂动力学模型的影响、绳子对所有经过的连杆之间的受力情况、预紧力对连杆受力及驱动力矩的影响等方面。在传统刚性机械臂动力学模型基础上进行了归纳,分析了绳子引入对机械臂受力造成的影响;基于递推形式的牛顿欧拉公式得到了完整的绳驱动机械臂动力学模型,并在此基础上分析了施加预紧力对连杆受力及驱动力矩造成的影响;利用ADAMS对三自由度串联绳驱动机械臂进行了仿真。仿真结果表明:理论驱动力矩与仿真力矩基本吻合,说明所建串联绳驱动机械臂动力学模型是正确的;预紧力的施加只会影响各连杆之间的相互作用力,不会改变驱动连杆所需的驱动力矩。     

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。     

基于可操作性指标的6R操作臂型综合方法

串联操作臂的性能不但与拓扑结构,而且与尺度参数密切相关,在研究拓扑选型时有必要考虑尺度参数对其运动学性能的影响。提出一种包含拓扑结构和尺度参数的6R串联操作臂构型优选方法。通过枚举相邻关节轴线的可能组合得到6种构型,构造出一种位于中间轴线连体坐标系下的速度雅可比矩阵通用算法,并对上述各种拓扑构型分别构造包含结构参数的雅可比矩阵及其行列式,以使雅可比矩阵行列式为零的结构参数数目最小,且所包含正交轴线关系最多为构型优选评价指标。据此综合出一种符合上述优选指标的构型。利用该方法综合出的6R串联操作臂构型具有灵活度好、便于电动机装配、且折叠性好等优点。     

新型3-CPS/RPPS机构的动力学分析

多自由度并联机构在各工程领域有着广泛的应用背景。在补充新型3-CPS/RPPS机构运动学中速度分析和加速度分析的基础上,以牛顿-欧拉方程为主要工具,对动力学反向问题进行了基础的理论研究和分析,以Pro/E动力学分析工具辅助完成了动力学正向问题。并在分析过程中,对比了传统Stewart平台和该新型串并机构。该分析方法和流程对多自由度机构研究提供借鉴和参考。最后通过对大型射电望远镜中主动面板的误差敏感分析,指出了该机构部分运动解耦的优势及其应用前景。     

轻型操作臂结合部弹性约束动力学特性及实验研究

对结合部弹性约束下轻型操作臂系统的动力学特性进行了研究。首先,基于结合部的线约束刚度,建立了轻型操作臂的弹性约束模型,得到系统的频率特性方程;其次,基于建立的弹性约束模型,采用哈密顿变分原理推导了系统的振动位移方程;最后,采用理论仿真和实验方法对轻型操作臂弹性约束系统的动力学特性进行分析,探讨了结合部弹性约束对系统动态特性的影响机理。研究结果表明：所建弹性约束模型能够表征结合部的弹性约束作用,尤其对高阶模态的分析具有较高精度;在弹性约束区域内,频率与约束刚度之间具有幂函数关系特征,前两阶频率拟合误差分别小于0.08%和0.45%;振动位移分析误差为2.38%,通过实验验证了系统弹性约束模型和动力学分析结果的正确性。     

基于广义坐标形式牛顿-欧拉方法的3SPS+1PS并联髋关节试验机动力学研究

针对并联髋关节试验机的核心模块-3SPS+1PS并联机构,基于广义坐标形式的牛顿-欧拉方法,建立系统动力学方程,并利用MATLAB软件进行仿真分析。结果表明:在Z轴方向上,动平台上球副所受约束力最大,并且远大于Z轴方向上的约束力。另外,在0.3s和0.7s左右两个时刻,球副处的约束力及主动支链的驱动力发生突变,这是因为机构在两个位置时发生正、逆转。     

一种平面3RRR并联机器人结构参数识别

分析一种3RRR并联机器人的结构误差，利用其约束条件建立误差模型，提出一种结构参数识别算法，避免了传统参数识别算法需要进行的位置正解，从而简化了结构参数的识别。通过测量次数的适当增加，利用最小二乘原理处理数据，减小了输入输出参数的测量误差对参数识别的影响     

Cusp points and assembly changing motions in the PRR-PR-PRR planar parallel manipulator

Most parallel manipulators have multiple solutions to the direct kinematic problem. The ability to perform assembly changing motions has received the attention of a few researchers. Cusp points play an important role in the kinematic behavior. This study investigates the cusp points and assembly changing motions in a two degrees of freedom planar parallel manipulator. The direct kinematic problem of the manipulator yields a quartic polynomial equation. Each root in the equation determines the assembly configuration, and four solutions are obtained for a given set of actuated joint coordinates. By regarding the discriminant of the repeated roots of the quartic equation as an implicit function of two actuated joint coordinates, the direct kinematic singularity loci in the joint space are determined by the implicit function. Cusp points are then obtained by the intersection of a quadratic curve and a cubic curve. Two assembly changing motions by encircling different cusp points are highlighted, for each pair of solutions with the same sign of the determinants of the direct Jacobian matrices.     

完全各向同性3自由度平面并联机构的型综合

提出了完全各向同性3自由度平面并联机构型综合的系统方法.首先,根据螺旋理论讨论了完全各向同性平面并联机构的运动学必要条件.然后,基于机构各分支对动平台控制功能的不同,通过互易螺旋理论推导出各分支的驱动螺旋、主动螺旋和可动非主动螺旋,并按照分支连接度的不同列举出所有可行的分支运动链.最后,按照机构各分支相应的装配条件,选取所综合出的3条分支运动链将动平台和静平台连接起来得到预期的机构,共得到新型机构3 167种.由于综合出的并联机器人机构的运动雅可比矩阵均为单位阵,即条件数恒为1,因此这类机构具有良好的运动学和力传递性能,在工业机器人、微操作机器人和医用机器人等领域具有潜在的应用前景.     

Kinematic calibration for a hybrid 5DOF manipulator based on 3-RPS in-actuated parallel manipulator

The measurement method is a decisive step for any calibration method. This paper studies the practical performance of a 5DOF manipulator based on a 3-RPS parallel mechanism. By comparing the controlling data that resides in parallel part and serial part at different orientations, a calibration method has been put forward and proved to be applicable. The precision of the calibrated model mainly depends on the number of measurements carried out. The distribution of measurement points also affects the precision and the measurement number could be significantly reduced if uniform distribution were ensured.     

Kinetostatic modelling of a 3-PRR planar compliant parallel manipulator with flexure pivots

Flexure pivots are widely used in long stroke complaint parallel manipulators (CPMs) for their large deformation capacity. However the parasitic motion caused by the flexure pivots cannot be neglected as the rotation angle gets large, which will finally affect the absolute positioning accuracy of the manipulators. In this paper, a modelling approach to calculate the nonlinear kinetostatics of a long stroke planar CPM with flexure pivots is proposed, in which the parasitic motion of the flexure joints are taken into account. The displacement constraint equations and the static equilibrium equations of the CPM are established under the deformed configuration. Finite element analysis (FEA) shows the accuracy and efficiency of the nonlinear kinematic model (NLKM) for both the inverse and forward kinematic analysis. Moreover, the prediction accuracy of the CPM’s kinematic behavior has been improved more than 20 times by employing the NLKM compared with the conventional kinematic model (CKM).     

新型三自由度并联机构工作空间分析

随着并联机构技术的发展,少自由度并联机构由于具有结构相对简单,控制容易等优点,逐步成为机构学领域新的研究热点,在工业领域有着广阔的应用前景。针对并联机构工作空间较小的特点,对一种新型三自由度并联机构进行研究。该机构的工作空间对称分布于定平台的两侧。在分析其结构特点的基础上,推导出其位置反解方程。根据约束条件,采用数值方法绘制出工作空间的三维立体图和Z截面上的边界图。并定量分析了机构设计参数对工作空间大小的影响。     

3-DOF并联微纳操作器运动学分析

作为一执行机构,微纳操作器是纳米操作系统的关键部件之一。重点分析了3-DOF并联微纳操作器的运动学正解和逆解,推导出了运动学正解的雅可比矩阵。依据微纳操作器的可操作空问最大化,对微纳操作器的雅可比矩阵进行了分析。分析结果对并联微纳机构的参数选择与设计具有一定的指导意义。     

6自由度3-PRPS并联机器人运动规划分析及仿真

6自由度3-PRRS机构是基于Stewart平台设计出来的一种特殊构型的新型并联机构。为了准确分析该机构运动学特性并从运动规划角度研究机构关键参数与机构运动的关系,建立了有效的运动学模型对机构进行分析,给出了位置反解,同时面向工程应用提出了运动规划,然后利用ADAMS软件进行仿真分析。其中建立了不同平台尺寸比率k的模型,对动平台施加运动来观察、研究比率k的变化对连杆运动产生的影响,给出了3-PRRS机构关键参数比率k与机构运动的关系。分析结果为该类型机构位置反解研究提供了可行路径,避免了大量的数学计算和编程工作,提高了工作效率;并有助于在3-PRRS机构设计中,针对不同应用场景合理选择不同的参数模型。     

FROG-LEG型真空机械手的动力学建模与仿真

根据FROG-LEG型真空机械手的结构特点,提出了其等效的串联结构运动学模型,并求出了运动学的正反解。将FROG-LEG型真空机械手动力学问题分为水平和垂直两个方向进行讨论,用牛顿-欧拉法求出了两个方向的动力学方程。最后利用MATLAB机器人工具箱对机械手的运动学和动力学特性进行了仿真实验。       

Dynamic analysis of the 2-DOF planar parallel manipulator of a heavy duty hybrid machine tool

This paper focuses on the dynamic characteristics of the two degree-of-freedom (DOF) planar parallel manipulator of a heavy duty hybrid machine tool. The Newton-Euler approach is employed to derive the inverse dynamic equation of the parallel manipulator. According to the motion planning of the cutting tool, dynamic simulation without cutting force is performed, and the ratio of the masses of counterweights to that of moving parts (not including the counterweight) is optimized. It demonstrates that the manipulator which is designed with over constraint can improve the dynamic behaviour. Furthermore, the cutting force model for face milling is introduced and the dynamic simulation with the dynamic cutting force is carried out. Simulation shows that the oscillation of cutting force is one cause of the vibration of the machine tool in the milling process. In the detailed design, some modification in the structure of the machine tool is made to suppress the vibration.