新型并联机器人的构型设计与运动学分析

目的针对袋装食品的抓取和装箱过程操作简单且重复性高,采用人工完成的成本过高,极易发生少装和错装的现状,设计一种以2-RPS-UPU并联机构为主体的抓取和装箱机器人,验证其是否具有良好的运动学性能。方法通过运用螺旋理论和修正的Grubler-Kutzbach公式对机构的自由度数目和类型进行分析,接着使用"闭环解析法"和"欧拉角表示法"2种方法推导该机构的运动学位置反解,采用粒子群优化算法对该机构进行位置正解算例分析。最后利用SolidWorks软件采用"驱动动静结合"的方法求解机构的工作空间。结果该机器人具有3个自由度(两转一移),驱动关节和末端执行器之间的位置及姿态关系明确,可以进行良好的线性运动,工作空间呈蜘蛛网状,范围广且形状规则对称,结构紧凑。结论该新型三自由度并联机器人能够满足袋装食品抓取和装箱时所需的运动和工作范围,其运动平稳,可靠性强。     

基于2-RCU/CUR并联机构的运动学分析

目的随着产品的种类的丰富,出现了各类产品喷码方式不同的问题。为使得喷码机适用于不同产品,文中提出一种转动幅度较大的2-RCU/CUR机构,用于多种类产品喷码。方法应用螺旋理论对2-RCU/CUR机构进行自由度分析,并用改进的G-K公式进行验证,用闭环矢量法对机构的位置分析进行反解,在SolidWorks软件中绘制出机构模型,最后用Matlab软件对机构工作空间编程求解并绘制出工作空间。结果 2-RCU/CUR并联机构具有3个自由度,分别为2个转动自由度和1个移动自由度,在机构的工作空间内,动平台绕y轴的转动可达90°,且在工作空间内没有奇异位型。结论 2-RCU/CUR并联机构结构简单且稳定,工作精度高,工作空间较大,可以适用于多种产品喷码流程,可以提高经济效益。     

基于单元划分和连接关系矩阵的模块化并联机器人运动学建模

为了使模块化并联机器人的运动学变化能够响应其构型的变化，提出了基于单元划分和连接关系矩阵的模块化并联机器人运动学建模方法，并以3 PRC并联机器人构型为例进行了建模研究：根据模块化并联机器人的结构特点，从机器人机构的角度对运动副处进行模块化单元划分，用连接关系矩阵描述所有单元的连接关系，连接关系矩阵可以确定并联机器人的构型；建立各单元的运动学子模型，即在固定参考坐标系中用齐次坐标变换矩阵描述各单元装配接口的空间位姿；根据相互连接的单元间运动副的类型，分析装配接口间的装配约束条件，并构建运动副的约束连续性方程。综合所有单元的运动学子建模和约束连续性方程，即得模块化并联机器人的运动学模型。该方法可适用于串联、并联或混联等任何构型的机器人。     

3-CUR并联分拣机器人的运动学分析与仿真

目的我国传统的食品生产行业,以人工分拣为主,自动化程度低,需耗费大量的劳动力,设计一种3-CUR并联机器人,用于食品生产的快速分拣。方法运用螺旋理论分析了该机构的自由度数目和类型,并且用修正的Grubler-Kutzbach公式对该机构的自由度进行了验证。接着使用D-H运动链参数表示法和欧拉角表示法,求解该机构的位置反解,采用三维动态法和Matlab软件对该并联分拣机器人的工作空间进行了分析与仿真,最后利用ADAMS软件对该机器人的运动性能进行了仿真分析。结果该机构可以实现一平(沿z轴的平动)两转(绕x轴y轴的转动)的运动,工作空间大,可达范围广,没有出现奇异点,末端执行器各参数的运动曲线呈有规律的周期性变化,可满足分拣机器人所需的运动和工作范围。结论该机构运动性能优越,稳定性好,具有良好的工作空间,可实现食品生产过程中的高速自动扫描和分拣,在包装自动化领域具有潜在的应用价值。     

Delta并联机器人的运动学分析及虚拟样机仿真

并联机器人具有高速高加速的优势,作为末端执行器极大提高了操作效率,在自动化生成线中具有广阔的应用前景。本文对典型的三自由度Delta并联机器人的结构进行了优化,建立了运动学反解模型,基于该模型对Delta机器人的工作空间进行了研究。此外,基于ADAMS搭建了虚拟仿真平台,对Delta并联机器人在作螺旋线运动时驱动臂的角速度、角加速度以及驱动电机的转矩和功率进行了研究,为电机选型和动力学优化提供了依据。     

基于BLE和Wi-Fi的建筑能耗监测系统设计

针对传统建筑能耗监测系统存在采集单元功耗高和布线复杂的问题,设计了一种低功耗的无线监测系统。所设计的监测系统包括采集单元、集中器、监测中心和通信网络四部分。其中：采集单元主要由计量电路和BLE（Bluetooth low energy,低功耗蓝牙）通信电路组成,其通过计量电路采集用电设备的能耗数据,并通过BLE通信电路将处理好的能耗数据发送至集中器;集中器主要由BLE通信电路和Wi-Fi通信电路组成,其通过BLE通信电路接收采集单元计量的能耗数据并进行整合、处理,然后通过Wi-Fi通信电路将能耗数据转发至监测中心;监测中心采用B/S（browser/server,浏览器/服务器）架构进行设计,其通过监测界面显示能耗数据并将数据保存在数据库中。所设计的监测系统通过采用BLE和Wi-Fi的通信方式降低了采集单元的运行功耗和布线复杂度,并延长了通信距离;基于B/S架构设计的监测中心可实现跨平台运行,提高了系统的灵活性。测试结果表明,所设计的监测系统的计量偏差率低于5%,通信成功率高于98%,且能够及时监测用电设备的耗能状况,具有较高的实用价值。     

基于2-CPR/UPS三平移并联机构的移印机运动学分析

目的提出一种基于2-CPR/UPS并联机构的三平移移印机,以扩展并联机构的应用领域,提高移印印刷质量。方法应用螺旋理论求解机构的自由度,并用修正的Kutzbach-Grübler公式进行验证。建立该机构Jacobian矩阵的数学模型,运用极限坐标搜索法求解其工作空间。根据Jacobian矩阵对机构奇异性进行分析,获得灵巧度指标在工作空间中的分布规律。结果该机构可实现三平移运动,工作空间呈长方体形状,内部连续无空洞且无奇异位置,灵巧度指标在工作空间中分布均匀。结论该三平移移印机可满足移印时的运动及工作范围需求,研究结果表明该机构在工作空间中无奇异位置且灵巧度性能良好。     

基于多喷头并联的3D打印机控制系统的研究

针对现有的单喷头3D打印机在打印大体积模型或零件时打印时间长、打印精度低等问题,提出了一种基于多喷头并联的3D打印机控制系统的设计方法,实现在模型切片平面的多轨迹并联打印。设计了光固化树脂并联打印喷头;采用主从式系统结构,以双STM32F407ZGT为核心、双PCL6045BL和CPLD（complex programable logic device,复杂可编程逻辑器件）为控制终端,搭建了一套双CPU （central processing unit,中央处理单元）的嵌入式3D打印机硬件控制系统;基于喷头切向跟踪原理和等间距打印原则,推导了二轴-四轴插补数据转换算法,实现了“二轴”轨迹数据到“四轴”插补加工数据的转换;设计了并联打印数据预处理程序、并联打印控制程序和并联打印脉冲输出控制程序以实现多轨迹并联打印控制;进行了控制系统的实验测试,对比了多喷头并联与单喷头3D打印机的实际打印效果。结果表明：与传统的单喷头打印方式相比,采用多喷头并联打印方式可以显著提高打印效率和打印精度,且打印质量较好。研究结果为大体积打印件的快速加工成型提供了一种切实可行的解决方案,具有一定的实用价值。     

基于螺旋理论的管道蠕动并联机构的奇异性研究

以3-(P)URU(P)并联机构为主体的管道蠕动机构通过交替移动动定平台及连接两平台的3条URU支链实现在管道内的蠕动,从而可以应用于工农业运输管道的监测和探伤等.机构的奇异性会影响其使用效率和工程质量等,因此提出了一种移动并联机构的奇异分析方法并对该机构进行奇异性研究.首先,根据螺旋理论并结合线几何法分析了支链奇异、...     

基于可拓自适应理论的三轴并联机器人控制系统设计

为了提高并联机器人的轨迹跟踪控制精度,以平面二自由度并联机器人为研究对象,构建了一种可拓自适应控制器用于其控制系统中.利用自适应控制器善于处理不变和慢时变问题,可拓控制器善于处理时变和突变问题,将2种控制器的优点结合起来,设计了一种新型的可拓自适应控制器.仿真结果表明,可拓自适应控制器能较大地提高并联机器人关节位置精度和末端执行器的轨迹精度,能够满足机器人的控制要求.研究所得的方法和结论具有较强的通用性,对并联机器人的控制具有普遍的应用意义．     

基于等效并联机构的四足步行机器人运动分析

针对四足步行机器人机构运动学求解问题进行了研究.以螺旋理论为分析手段,提出一种基于等效并联机构的步行机器人运动分析方法.将四足机器人3足落地和4足落地状态的运动状态等效为3-UPS和4-UPS并联机构,进行了步行机器人3足、4足落地时的等效并联机构自由度分析,证明其自由度设计的正确性.对单腿机构的运动空间进行了分析和计算,通过比较研究,选取其中运动空间合理的单腿机构配置方式.最后,通过对对应等效并联机构的运动学分析,解决了不同运动状态下的四足步行机器人机构的运动学求解问题.     

Kinematic dexterity measures for robot manipulators based on double quaternion

针对机器人的雅可比矩阵量纲不统一而不能对其进行灵活性评价这一问题,提出了一种新的雅可比矩阵量纲统一及评价方法.首先基于倍四元数,将三维空间的旋转和平移统一为四维空间的纯转动,推导了基于倍四元数的连杆坐标系变换通式.然后利用该方法对机器人进行了运动学建模,得到了具有统一量纲的雅可比矩阵,并根据该矩阵定义了新的评价指标.该方法解决了混合关节机器人建模时所产生的雅可比矩阵量纲不统一的问题.最后,对空间3R机器人和空间RPR机器人的灵活性进行了数值仿真分析,结果表明该评价方法不仅适用于相同类型关节的机器人,同时适用于混合关节类型的机器人.     

Kinematic and dynamic analysis of a 3-DOF parallel mechanism

International Journal of Mechanics and Materials in Design - This paper presents a three Degrees of Freedom (DOFs) parallel manipulator with no rotational capacity. Planar kinematic pairs (revolute...     

一种新型并联机械手的正、逆模型分析

结合虚轴机床的结构特点,运用矢量法推导了两平动自由度机械手位置的正、逆解解析模型,满足机械手的实时控制要求,解决了数控系统中轨迹控制和位置显示问题。研究成果已成功地应用于一台新型并联机械手的开发。     

Kinematic analysis and simulation of a new-type robot with special structure

Common methods,such as Denavit-Hartenberg(D-H) method,cannot be simply used in kinematic analysis of special robots with hybrid hinge as it is difficult to obtain the main parameters of this method.Hence,a homogeneous transformation theory is presented to solve this problem.Firstly,the kinematics characteristic of this special structure is analyzed on the basis of the closed-chain theory.In such a theory,closed chains can be transformed to open chains,which makes it easier to analyze this structure.Thus,it will become much easier to establish kinematics equations and get the solutions.Then,the robot model can be built in the Simmechanics(a tool box of MATLAB) with these equation solutions.It is necessary to design a graphical user interface(GUI) for robot simulation.After that,the model robot and real robot will respectively move to some spatial points under the same circumstances.At last,all data of kinematic analysis will be verified based on comparison between data got from simulation and real robot.     

A finite element formulation based on Nadai's deformation theory for elasto-plastic analysis

A numerical method of the Newton-Raphson type is presented for elasto-plastic analysis using the finite element method. The method is developed from Nadai's deformation theory and Hooke's law. Numerical examples are used to show that the method provides very rapid solution convergence.     

Force between two parallel screw dislocations and application to linear screw dislocation pileups—Gauge theory results

An analytic expression for the force between two parallel screw dislocations, derived earlier on the basis of the gauge theory of dislocations, has been used to investigate the static distribution of a given numberN of parallel screw dislocations confined between two immobile dislocation obstacles. It is shown that in the limit of a continuous distribution of dislocations the equilibrium condition leads to a Fredholm integral equation of first type which does not admit any nontrivial solution. Implication of this result is discussed. For a finite number of dislocations, the ratio (η) of the obstacle separation to the core radius is an important parameter governing the nature of solution of the discrete equation. It is found that for a givenN, there is a critical valueη _c below which there does not exist any solution.