平面并联机构刚度与动力学指标分析

针对典型的串联和并联机构，建立了动力学模型。分析了在外力输入时机构的静刚度和动刚度。提出使用冗余驱动方式提高刚度及其一致性。根据运动刚度分析方法，建立了主动力输入时的刚度矩阵。定义了反映加速度性能的动力学指标，用于评价和优化机构的设计。给出了几种典型机构的动力学指标的分布图形，说明冗余并联机构的动力学指标最好。     

(3-RPR+R)&UPS并联机构的静刚度分析

针对提出的新型(3-RPR+R)&UPS并联机构,首先,利用解析矢量法建立了其位置逆解方程;其次,基于螺旋理论对该并联机构约束力螺旋进行了分析,并在分析各约束力螺旋所产生弹性变形的基础上,构建了各驱动支链约束力螺旋系刚度矩阵;随后,又根据机构动平台力平衡条件得到了该机构整体刚度矩阵和柔度矩阵,建立了该并联机构刚度模型;...     

面向在轨装配的冗余索并联机构变刚度控制

为了提高一种面向在轨装配的索并联机构的工作性能,提出了变刚度控制算法.建立了索并联机构的完整刚度模型,分析了绳索张力分布对不同方向刚度的影响.然后,考虑影响绳索张力分布的矢量λ的安全边界,建立了变刚度控制算法,该算法消除了刚度模型中对整体影响较小的耦合刚度,提高了计算效率,并且通过分配权重的方式对不同方向的刚度进行不同...     

冗余驱动支链实现空间6自由度并联机构刚度设计理论

机构的末端刚度特性对制造装备的定位精度、顺应性和动态特性等有十分重要的影响,为了消除机构奇异位形,使机构具有更大的承载能力、更高的刚度和精度、更好的动态特性等,常需要可控的机构刚度来满足不同的需要;在全自由度并联机构的基础上,分析通过增加冗余驱动支链实现末端刚度需求的设计方法。根据螺旋理论分析了支链单驱动副并联机构的逆雅克比矩阵,建立了驱动刚度到末端刚度的映射关系矩阵,分析了各支链刚度到机构末端刚度分量的叠加规律,并根据末端刚度需求建立了一种通过增加冗余驱动支链实现末端刚度要求的方法;最后通过Stewart并联机构案例对上述理论进行了验证,实现了末端刚度接矩阵解耦的设计要求。     

平面2自由度冗余驱动并联机构最优控制

以平面2自由度冗余驱动并联机构为研究对象，推导了该对象的动力学模型，提出了基于该机构动力学模型的最优控制器，详细给出了最优控制器的设计过程。对机构在典型的PD控制器以及所提出的最优控制器下的点到点运动控制进行了仿真实验，同时以机构末端执行器的位王误差、速度误差为被控变量，对比分析了它们的控制精度。实验证明，最优控制能够进一步减小机构在运动中的位置误差和速度误差，提高机构运动精度，获得更好的位置、速度跟踪性能。     

三自由度冗余驱动平面并联机构的运动学分析

针对一种三自由度冗余驱动平面并联机构,提出一种运动学分析方法,建立了机构的运动学模型,然后分两种情况对模型进行实例仿真,并给出了仿真结果,证明了机构运动学分析是可行和有效的,为机构的控制器设计奠定了数学基础。     

3-RRR平面并联机构刚度分析

刚度是并联机构重要性能指标,为了评价并联机构刚度,提出了一种刚度评价方法.基于3-RRR机构的逆运动学模型,推导出其雅可比矩阵.在力雅可比矩阵的基础上,给出了刚度评价指标,该指标不仅适用于3-RRR并联机构,而且可以应用于其它并联机构.将提出的刚度指标应用于3-RRR并联机构,数值仿真结果表明3-RRR机构在工作空间中具有对称的刚性.     

3-(2SPS)并联机构静刚度分析

结合并联机构的位移方程,给出了机构的三阶逆雅可比矩阵以及考虑微小运动时的六阶逆雅可比矩阵.从动平台所受作用力和发生位移的关系角度,建立了刚度模型,并给出了机构静刚度的度量指标.通过相关计算分析了机构的主要结构参数对刚度的影响,以及机构在工作空间的刚度情况.通过对绘制的相关曲线图进行分析,评定了机构参数的影响范围,优化了部分参数,并为机构的精度分析提供了理论基础.     

冗余驱动支链对3RPS并联机构刚度的改善

在考虑雅可比矩阵变化与动平台姿态偏移之间映射关系的基础上,基于螺旋理论和矢量微分法建立了3RPS并联机构末端位姿偏移与支链构件变形之间的映射模型。首先采用螺旋理论和矢量微分法分析了支链各构件刚度与整个支链刚度之间的关系,然后建立了3RPS并联机构的瞬时刚度模型,并分析了雅可比矩阵的变化对机构刚度的影响。对冗余驱动支链改善并联机构刚度的原理进行了分析,建立了冗余驱动并联机构的整机刚度模型。仿真分析和实验验证,冗余驱动支链确实能够改善并联机构的刚度。     

4-RRS冗余球面并联机构的静力学与刚度分析

为提升球面并联机构的承载能力,提出一种4-RRS冗余球面并联机构。给出4-RRS冗余球面并联机构的构型设计。然后,建立机构的静力学模型。在锁定驱动关节的情况下,通过互易积运算求解支链作用于动平台上的反螺旋力系。基于建立的静力学模型,得出了各个关节的受力情况和各条支链的变形情况。以实例求解了冗余和非冗余情况下,支链关节受到的最大力和力矩。冗余时支链关节受到的最大力和力矩小于非冗余的情况。对机构进行刚度分析。构造机构的柔度矩阵,得出动平台中心点在受力时的广义位移。以实例对比冗余与非冗余机构的刚度与受力性能,得出了冗余时动平台的广义位移小于非冗余的情况。     

基于遗传算法的平面并联机构运动学设计

针对平面并联五杆机构提出了基于总体灵活度的运动学设计方法。该方法将运动学设计问题归结为全局运动性能指标最大为目标的单目标有约束优化设计问题，并采用遗传算法搜索到一个最优解，将其与采用随机方向法所得到的解进行比较，结果表明遗传算法具有明显的优点。     

5-UPS/PRPU冗余驱动并联机床完整刚度模型及其刚度特性

基于全雅可比矩阵和虚功原理建立了5-UPS/PRPU冗余驱动并联机床的完整刚度模型。首先基于螺旋理论推导出约束分支中的约束雅可比矩阵;然后锁定分支中的主动副并利用互易积原理求得驱动雅可比矩阵,最后提出了冗余驱动雅可比矩阵。利用约束力、驱动力和冗余驱动力与外力的映射关系,结合虚功原理,得到系统整体刚度矩阵。考虑虎克铰、轴承等传动部件的轴向变形对分支轴向刚度的影响,构造了各个分支的轴向刚度模型。借助激光跟踪仪对所建立的刚度模型进行了实验测试。结果表明:该刚度模型的误差为2%~5%,验证了理论分析的可靠性。在此基础上,以机床的线刚度和角刚度的最小值为刚度性能指标,分析了其在工作空间内的分布情况。分析显示:机床线刚度的最小值主要分布在Y轴两侧,角刚度的最小值则主要分布在-0.05≤z≤0.05m和-0.11≤y≤-0.05m,因此,在进行并联机床工具规划时应该尽量避免该区域。文中内容可为并联机床刀具运动轨迹的优化提供参考依据。     

平面2自由度驱动冗余并联机器人的输出速度分析

机器人的性能分析是机器人机构设计的前提和基础。以一种平面2自由度驱动冗余并联机器人为研究对象，根据该并联机器人机构的空间模型和运动学反解，探讨了该并联机器人机构的末端输出速度性能指标与杆件尺寸之间的关系，并绘制了相应的性能图谱，这些图谱是该并联机器人机构设计的重要参考依据。     

一种新型二自由度并联机构的运动学及静力学分析

针对物料搬运机构需要较大横向位移的特点,对一种新型平面二自由度并联机构的位置正反解、奇异性、速度雅可比矩阵、工作空间、滑块驱动力等方面进行了研究,提出了该种机构的运动学及静力学分析方法。首先通过所建立的运动学模型,推导了该机构的位置正反解和雅可比矩阵,得到了在符合实际约束条件下的工作空间。然后利用虚功原理建立静力学模型,获得了具体的静力学模型表达式。最后通过Solid Works及Matlab仿真得到了机构在一定负载下运动时的各驱动力变化图谱。研究结果表明,该二自由度并联机构确实具有大横向位移的特点,且机构末端越接近驱动滑块,在相同输入步长下机构末端沿横向移动距离越大,驱动滑块所需的最大驱动力也越大。     

Synthesis of branched chains with actuation redundancy for eliminating interior singularities of 3T1R parallel mechanisms

Although it is common to eliminate the singularity of parallel mechanism by adding the branched chain with actuation redundancy, there is no theory and method for the configuration synthesis of the branched chain with actuation redundancy in parallel mechanism. Branched chains with actuation redundancy are synthesized for eliminating interior singularity of 3-translational and 1- rotational(3T1R) parallel mechanisms. Guided by the discriminance method of hybrid screw group according to Grassmann line geometry, all the possibilities are listed for the occurrence of interior singularities in 3T1R parallel mechanism. Based on the linear relevance of screw system and the principles of eliminating parallel mechanism singularity with actuation redundancy, different types of branched chains with actuation redundancy are synthesized systematically to indicate the layout and the number of the branched chainsinterior with actuation redundancy. A general method is proposed for the configuration synthesis of the branched chains with actuation redundancy of the redundant parallel mechanism, and it builds a solid foundation for the subsequent performance optimization of the redundant actuation parallel mechanism.     

平面闭链机构的缩杆邻接矩阵变更研究

针对平面闭链机构运动特性集成的问题,对闭链机构的设计过程、闭链机构运动链数目综合过程、缩杆邻接矩阵表示、去同构链、去呆链等方面进行了研究,以此获得了各杆件不同自由度的缩杆邻接矩阵数目表。通过对各缩杆邻接矩阵的比较,提出了少杆与多杆机构局部同构的识别方法,建立了平面闭链少杆机构向多杆机构的过渡过程,在此基础上给出了平面闭链机构的缩杆邻接矩阵变更过程。最后,运用平面闭链机构缩杆邻接矩阵变更方法对现有的飞剪机构进行了改进,验证了该变更过程的可行性。研究结果表明:平面闭链多杆机构可以由少杆机构添加若干杆件及运动副获得。     

转动型3-UPU并联机构的刚度分析

根据由并联机构的Jacobian矩阵表达的刚度矩阵,本文分析了转动型3-UPU并联机构刚度矩阵的特点和刚度矩阵主轴的变化规律.结果表明,最大刚度方向占据了相对稳定和集中的部分,并且当动平台平面和静平台平面接近平行时,并联机构的刚度较高.转动型3-UPU并联机构刚度矩阵分析对并联机构的设计具有一定的指导作用.     

Precision analysis of a weakly-coupled parallel mechanism with three translational degrees of freedom

This paper analyzes the precision of the dissymmetrical parallel mechanism of 3-RRRP(4R) with three translational degrees of freedom (DOF). The parallel mechanism has weakly-coupled, decoupled and real-time characteristics, thus error compensation can be done using control software. Based on topology structure analysis, the inverse and forward solutions are analyzed and the precision is studied using complete differential method. The influencing factors of the manipulator’s precision are studied carefully and the means to enhance the precision are also discussed. It is found that the position errors of the moving platform have nonlinear relation with the position of the mechanism. The δθ’₃ error has the biggest influence on the nonlinear errors of the position. Otherwise, the original errors of the mechanism are the main reason leading to more errors. Thus enhancing machining and assembling precision is an important method to enhance the precision of the mechanism. __________ Translated from Journal of Jiangsu University (Natural Science Edition), 2005, 26(3) (in Chinese)     

并联机器的起源和发展

目前，并联机器的发展已经从最初的实验原型样机走向实用化和商品化阶段。本文首先回顾了并联机器的起源，并阐述了其主要特点；然后探讨了并联机器的研究现状和存在的主要问题；最后介绍了清华大学在并联机器实用化研究中的主要进展。