冗余度柔性机器人协调操作刚性负载的动力学模型及仿真

冗余度柔性机器人协调操作系统集合了冗余度机器人、柔性机器人和协调操作机器人的优点 ,具有广泛的应用前景。本文研究了冗余度柔性机器人协调操作动力学 ,给出了两 4R冗余度柔性机器人协调操作一刚性负载的动力学模型 ,并进行了仿真分析。仿真结果表明 ,该模型是可行的。     

柔性机器人协调操作柔性负载的动力学模型

从柔性机器人协调操作的本质特性出发 ,巧妙采用机器人与负载的有限元模型 ,以主臂抓持梁为位形基准 ,首次建立了柔性机器人协调操作柔性负载系统的运动学协调约束条件 ,导出了其系统动力学方程 ,并成功的给出了两 3R柔性机器人协调操作一柔性梁负载的仿真算例。     

考虑负载变形的柔性机器人协调操作动力学

从柔性机器人协调操作的本质特性出发，考虑负载柔性，巧妙采用中与负载的有限元模型，建立了柔性机器人协调操作系统的运动学协调约束条件，导出了其系统动力学方程，成功地给出了2台3R柔性机器人协调操作一柔性梁负载的仿真算例。讨论了在建模过程中选择主臂抓持梁和从臂抓持梁为位形基准对建模的影响。     

冗余度柔性机器人协调操作刚性和柔性负载的仿真分析

采用有限元方法建立了冗余度柔性机器人协调操作柔性负载的模型。首次对两4R冗余度柔性机器人协调操作刚性和柔性负载进行了不同目标任务的对比数值仿真分析,指出任务空间和初始角度均是影响系统性能的因素,在设计任务时应选择较好的机器人可操作空间给定任务,使机器人采用较好的初始位形进行运动以提高系统性能。在对系统精度要求较高并且负载与机器人杆件具有接近的尺寸、材料更轻、刚度相近或更小时,需要考虑负载的柔性,以获知精确的负载位姿信息,利用运动补偿等方法消除不利因素,提高系统精度。     

基于目标运动规划的柔性机器人协调操作闭链刚性负载的动力学模型

多个刚性机器人协调操作闭链负载 ,目前已在其运动学方面有了一些研究 ,但在柔性机器人领域中 ,对此问题的研究尚未展开。本文在对闭链负载机构运动微分关系线性化基础上 ,利用有限元法和 L agrange方程 ,推导出柔性机器人协调操作系统的运动学及动力学协调约束条件 ,建立了系统的动力学方程 ,并给出了平面两个 3R柔性机械臂协调操作平面刚性四杆机构完成目标运动规划任务的逆动力学问题的数值算例     

冗余度柔性协调操作机器人的动力规划

以冗余度柔性机器人各杆件的最大动应力及系统最大动应力的分配为约束条件，提出了不同目标的改进的初始位形规划法和多目标规划法，对冗余度柔性协调操作机器人系统进行动力学规划，有效地降低了冗余度柔性协调操作机器人各杆件的驱动力矩、功率和最大动应力。同时，多目标规划法也降低了关节驱动力矩和系统位置误差的平均值。规划后的关节角加速度规律比较容易实现。     

柔性机器人臂协调操作的协调性

针对具有柔性臂和柔性关节的机器人协调操作刚性负荷，由载荷分配法分配载荷，以物体实际的质心位置为边界条件并且等于期望的轨迹，建立了具有柔性臂和柔性关节的机器人臂协调操作的逆动力学模型。这种基于绝对坐标的逆动力学模型可使各协调机器人保持很好的协调，并且较准确地实现期望轨迹。通过与通常的方法相比，分析了影响机器人协调操作的协调性的因素，实例验证了有效性。     

柔性机器人协调操作的无内力载荷分配

为解决柔性机器人协调操作系统的逆动力学问题，提出一种无内力载荷分配法。该方法首先在操作空间基于无内力的原则规划载荷分配系数，然后在关节空间以关节输入力矩最小为目标确定机器人各个关节的输入力矩。以2个3R柔性机器人协调操作刚性物体为例，验证了该方法的有效性。     

柔性臂机器人协调操作的内力分析

针对柔性臂机器人协调操作刚性负载这种情况,提出了一种无内力载荷分配法。将此方法和基于绝对坐标并以被操作物体质心的实际位置而不是名义刚性益为边界条件的递动力学模型相结合,可使协调机器人之间具有较小的内力。同时较准确地实现期望轨迹。对两个三柔性臂机器人协调操作刚性负载进行了仿真,验证了本方法的有效性。     

基于操作刚度的柔性协调机器人的操作性能分析

本文以柔性机器人有限元模型为基础 ,利用抓取的几何微分约束和抓取的力平衡约束 ,通过深入分析柔性机器人协调操作系统在某一静态位形时 ,夹持广义力、被操作负载广义弹性位移、被操作负载所受等效合外力之间的关系 ,在全局工作空间中 ,研究基于系统操作刚度的各种操作特性 ,并通过仿真分析不同基解位形对其的影响。     

柔性机器人协调操作的冗余驱动

针对具有柔性关节和柔性臂的机器人协调操作刚性负载时,其逆动力学问题存在冗余驱动这种情况,提出了一种载荷分配方法。将这种分配方法与基于绝对坐标并以期望轨迹为实际边界条件的逆动力学模型相结合,可以有效地解决冗余驱动问题。文中就两个具有柔性关节和柔性臂的３Ｒ机器人协调操作刚性负载为例,验证了本方法的有效性。     

两4R冗余度柔性机器人协调操作的运动规划

提出了改进的关节初始位形规划法、改进的自运动规划法以及初始位形和自运动规划综合法，并对冗余度柔性协调操作机器人进行了运动规划，在保证两机器人协调以及两机器人各杆的弹性变形和动应力不超标的情况下，有效地降低了系统负载质心的位置误差，改善了系统的运动学性能，并且规划后的角加速度规律容易实现。     

三自由度冗余驱动并联机构的奇异性和工作空间分析

基于4-SPS/S三自由度冗余驱动并联机构的位置逆解模型,运用微分法推导出了该并联机构的雅可比矩阵,结合Gosselin奇异性分析法和数值分析法,分析了该并联机构的奇异性。随后分析了影响4-SPS/S三自由度冗余驱动并联机构工作空间的主要因素,并对其各支链的行程限制、各球铰副的转角限制和各支链间的尺寸干涉限制等影响因素进行了解析化分析。最后,基于4-SPS/S三自由度冗余驱动并联机构的位置正解模型,设计了该并联机构回转工作空间的求解算法。该算法避免了数值方法及几何方法的复杂性和不确定性,实现了回转工作空间的直观性表达。     

平面冗余驱动并联机器人的性能分析与尺度综合

建立了平面2自由度冗余驱动并联机器人的Hessian矩阵,将Hessian矩阵引入全域性能指标中,进行速度、加速度和灵巧度性能指标分析,给出三项指标的性能图谱,讨论结构尺寸变化对机构性能的影响。以该机器人速度、加速度和灵巧度指标为目标函数,以无奇异位形和工作空间为约束条件进行基于性能图谱的尺度综合,对不同权重优化结果的讨论为该机器人的构形设计提供了参考。     

Optimal design of a linkage-cam mechanism-based redundantly actuated parallel manipulator

Frontiers of Mechanical Engineering - A redundantly actuated parallel manipulator (RAPM) with mixed translational and rotational degrees of freedom (DOFs) is challenged for its dimensionally...