3-RRP球面并联机构的运动学分析

对具有三条RRP分支运动链的3-RRP球面三自由度并联机构进行了逆运动学分析。该结构比较简单,可应用于工业机器人、并联机床、位姿调整器和少自由度微型模拟器等领域。提出运用Rodriguez参数对并联机构末端运动进行更简单、快速描述的新思路,建立了3-RRP并联机构的位置逆解模型和雅可比矩阵,并由笛卡尔坐标的离散化对机构的工作空间进行了分析。研究结果为进一步研究此种并联机构的刚度分析、动态性能、机构优化设计和系统控制等都有非常重要的意义。     

新型球面并联机构运动学分析及尺度综合

针对球面并联机构应用于机器人仿生领域时出现的耦合度高、控制不便、灵活性不足等问题,提出了一种具有半解耦特性的新型3分支球面并联机构。基于螺旋理论对机构进行了自由度分析,通过矢量法求解了机构运动学正反解并分析了机构的解耦特性。该机构具有绕X轴、Y轴、Z轴转动的3个自由度,其中,绕Z轴的转动仅由1个分支控制,其余两分支共同控制机构做绕X轴、Y轴的运动。基于微分变换法得到雅可比矩阵并讨论了奇异位形。以奇异位形和杆件干涉为约束条件,采用边界搜索法确定了机构的工作空间。基于机构的解耦特性提出了一种具有解耦系数的全域均值灵巧度,以工作空间和全域均值灵巧度为优化目标,采用粒子群优化算法（PSO）对机构结构参数进行了尺度综合。机构优化后,工作空间增大且在该空间内运动性能良好。研究为球面并联机构的样机设计和其他半解耦机构的尺度综合提供了理论依据。     

冗余并联机构奇异性与静力学分析

研究了一种6自由度可移动冗余并联机构的奇异性与静力学性能及其定姿态实时优化设计。建立该并联机构的静力学雅可比矩阵,分析了该并联机构的奇异性、静力学性能指标。调节并联机构定平台腿部位置,使并联机构的静力学传递性能得到提高。绘制了基于雅可比矩阵的性能图谱,直观地观察并联机构在不同位置的静力学力和力矩的传递性能。通过分析可知冗余并联机构具有可以消除奇异的优点,同时通过调节腿部位置也大大提高了并联机构的静力学传递性能。     

一类球面并联机构的速度与加速度分析

在传统的球面加工中刀尖的运动轨迹非真正球面曲线,而是通过插补逼近球面曲线.提出了一类具有较大工作空间的三自由度球面并联机构(SPM),其末端执行器可以沿球面曲线运动,因而可以加工出理论上真正的球面.该类SPM拥有相同运动学模型.文中给出了机构的三种具体结构,涵盖过约束和非过约束两种类型.通过适当选择机构几何约束以及末端...     

3-RRS球面并联机构的位置解及工作空间研究

利用螺旋理论对3-RRS球面并联机构进行了运动分析。利用牛顿迭代法求解了3-RRS球面并联机构的运动学正解,应用闭环矢量法建立了3-RRS球面并联机构的位置逆解模型并推导出了相应的位置逆解算式,得到了3-RRS球面并联机构的8组逆解。实例分析验证了3-RRS球面并联机构位置解的正确性。利用数值搜索法求解了机构的可达工作空间,利用MATLAB编程绘制了机构在不同结构参数下的可达工作空间图,分析了工作空间的变化规律,为3-RRS球面并联机构的应用奠定了基础。     

3-PPR平面并联机构的工作空间分析

对3-PPR平面并联机构利用闭环矢量方法进行了位置正解和位置逆解的分析,建立了该机构的位置正、逆解方程,求出了简单位置正解和逆解的结果。采用MATLAB编程得出了该机构的工作空间,发现输入量的伸长范围和中间杆的伸长范围是影响工作空间形状和大小的主要因素。该研究为3-PPR平面并联机构的动力学研究、优化设计等进一步研究奠定了一定的理论基础。     

一种并联脚踝康复机构的运动学与工作空间分析

对3-UPS/RRR并联脚踝康复机构的结构和特点进行了描述,建立了虚拟样机模型。首先利用螺旋理论计算机构自由度,确定机构运动类型,运用闭合矢量法建立机构位置反解模型,并结合瞬时螺旋运动理论求解机构速度雅可比矩阵,其次采用数值离散搜索法求解该机构的可达姿态空间,最后借助MATLAB软件对机构的运动学及工作空间进行仿真。结果表明该机构能够实现脚踝康复运动,工作空间无奇异且具有良好的动态特性。     

平面冗余与非冗余并联机构的奇异性比较研究

基于运动变换的雅可比矩阵，分别研究了平面二自由度冗余并联机构和平面二自由度非冗余并联机构的三类奇异性。推导了奇异曲线方程，绘出了基于量纲一结构参数的奇异曲线簇。通过对奇异曲线簇的对比分析，说明了机构冗余性对消除奇异性的有效作用。研究结果为两种机构避免奇异性的路径规划提供了有益的参考。     

面向控制的3-RRR球面并联机构正运动学实时解法

以经典牛顿法为基础 ,针对 3 - RRR球面并联机构的机构学特点及控制中的特殊要求 ,提出了面向控制的高效迭代算法。利用机构运动连续性条件划分不同的控制阶段 ,当机构处于连续运动状态时 ,迭代结构中使用固定雅可比矩阵进行运算 ,缩短了单步迭代时间 ;当机构处于非连续运动状态时 ,使用变步长策略 ,引入调整量系数 ,抑制了大偏置初值带来的求解振荡。给出的算例证明 ,应用上述策略的正运动学求解算法兼顾了较大范围的收敛性与局部求解的快速性 ,运算速度满足控制过程的实时性要求。该方法同样适用于其它少自由度并联机构的正运动学求解。     

二自由度并联操作手的工作空间与奇异性

提出了一种平行导轨二滑块驱动在一侧且内点作为操作点的平面两自由度并联操作手,求解得到了该并联操作手显式的位置正反解、雅可比矩阵、机构的速度与加速度逆解,系统分析了机构设计参数对机构可达工作空间的影响,并给出了各种情况的工作空间大小;利用雅可比矩阵法讨论了机构奇异位形发生的数学条件以及如何求解奇异轨迹,并给出了奇异位形与杆件尺寸之间的关系。为并联操作手的样机研制及控制策略研究奠定了理论基础。     

基于螺旋理论的5R三自由度并联机器人奇异形位分析

并联机器人每个支链由5个转动副组成,通过对支链结构采用坐标变换方法,从而使每个支链等效为一个串联机械手的形式,从而在分析过程中使得原来所要分析的参数由5个减少至4个,降低了分析的难度,这一方法对于今后并联机器人的结构分析方面做出了重要的贡献。为今后的动力学、运动学分析中避免奇异形位做出了理论探索。     

基于螺旋理论的球面并联机构构型分析

球面并联机构具有结构简单,工作空间大等优点,并广泛应用于医疗、航天、机器人等领域。构型综合是进行机构创新设计的基础,利用螺旋理论的知识对由平面低副构成的三支链球面并联机构进行构型分析,并基于雅克比矩阵得出构成球面并联机构的两个必要条件。并具体给出2R1P型三支链球面并联机构的9种形式,选取其中的3种给出建模实例,通过自由度的计算验证机构构型的可行性,为球面并联机构的应用提供选型基础和球面并联机构的结构创新提供参考。     

3-PPR并联机构动力学建模与分析

通过齐次坐标变换构建三自由度并联机构3-PPR的完整运动学逆解,利用一阶影响系数法求解机构雅克比矩阵。采用拉格朗日功能平衡法推导出机构刚体动力学模型,对比典型工况下Matlab数值算例仿真与ADAMS虚拟仿真结果,验证了刚体动力学理论分析的正确性。联合ADAMS与ANSYS对机构进行柔性动力学分析,综合机构刚体和柔性动力学仿真,为完整动力学分析奠定了基础。这些内容为进一步研究该并联机构的动态特性、系统控制、误差分析等有着非常重要的意义,也可作为类似并联机构动力学研究的一般方法。     

并联机构的螺旋理论坐标简化方法

螺旋理论求解并联机构时,运动螺旋通常采用6个坐标表示。但是,对于某些并联机构,其所有的运动螺旋存在相同的恒为零的坐标。求解这些特殊的并联机构时,可将这些恒为零的坐标去掉,对坐标进行简化。用简化后的坐标表示运动螺旋求解并联机构,相当于对问题进行了降维处理,从而简化了求解过程。转动副的特殊轴线方向以及移动副的特殊移动方向会使得表示它们的运动螺旋中某些坐标恒为零,根据运动螺旋中恒为零的坐标数以及恒为零的坐标次序不同,对运动副进行分类。对这些运动副进行组合,构成单开链,进而综合出所有的可简化成3个坐标表示的三自由度并联机构,给出了这些机构的运动螺旋的简化坐标及反螺旋计算公式,并给出了部分机构的简图。采用简化后的坐标求解这些并联机构,可有效地简化分析过程,降低求解难度。     

3-RPUU并联机构的奇异分析

3-RPUU是一种含UU支链的对称六自由度并联机构,通过计算其瞬时运动螺旋,分析了该机构的奇异位形。首先根据机构几何参数、输入量与动平台输出量计算了支链运动螺旋;然后采用封闭式矢量法,并结合各运动副回转轴线的几何关系,求出机构的位置反解与回转轴线的方向角,进而确定了动平台任意位姿时各运动副的瞬时运动螺旋;最后,根据瞬时运动螺旋推导了机构的奇异位形产生条件,并通过实例证明其适用性。     

一种新型三自由度并联机构的奇异性分析

提出了一种新型三自由度空间并联机构,根据螺旋理论分析了该机构的运动平台只能实现三维移动.利用坐标变换法建立了机构的位置和速度解析方程,并根据正、逆雅克比矩阵系统分析了机构的奇异位形.     

基于旋量理论的机械手并联机构刚度分析

刚度是并联机构的重要性能指标,为了评价并联机构的刚度,采用旋量理论来建立机构刚度矩阵。利用机构的静力学分析,通过一系列的积分变换得到力与弯曲变形的关系方程,建立冲床机械手并联机构中单个柔性单元的空间刚度矩阵,在此基础上推导出整个机构的刚度矩阵。通过分析计算得出了冲床机械手并联机构的平移变形量值和旋转变形量值,分析结果可用来评价机械手的动态性能和末端的定位精度,同时为机构的进一步优化设计奠定了理论依据。     

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D...     

6-RSS型并联机构奇异性分析

针对无法获得精确奇异位形空间分布的6-RSS型并联机构,寻找到一种间接表征奇异位形空间分布的方法.定义一个具有物理意义的能表征非奇异位形与奇异位形之间在静力学特性上接近程度的接近度函数,利用接近度阈值定义这种在静力学特性上接近奇异的位形为"拟奇异位形",定义所有拟奇异位形构成的空间实体集合为"拟奇异空间".从奇异位形与拟奇异位形定义出发,论证出机构所有奇异位形必包含在拟奇异空间中,从而在无法获得精确奇异位形时利用拟奇异空间可间接地预知机构的奇异位形空间分布,避免机构进入拟奇异空间,达到避免机构处于奇异位形的目的.针对6-RSS型并联机构,利用简化后的接近度函数,获得该机构在定姿态下的拟奇异空间的多个截面图和三维实体图,为该机构在实际应用中避免奇异位形提供直观的参考依据.利用6-RSS机构的实例数据指出雅可比矩阵行列式值不能表征奇异接近程度,推证出与本文方法类似的Voglewede约束最优方程法的不足并加以修正.