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。     

一种少自由度并联机构误差特性分析方法

应用螺旋理论分析机构螺旋系及分支螺旋系，从机构不可控自由度和可控自由度两方面，通过虚设运动副，形成适用于少自由度并联机构的通用性误差特性分析方法(简称自由度法)，该方法无需误差建模，可单独分析特定误差对动平台输出的影响。以3-CUR并联机构为例，应用该方法进行误差分析，得到其误差特性规律。利用矢量法建立3-CUR机构的误差模型，并经仿真分析验证前述规律，根据此规律设计和加工样机，通过样机试验验证自由度法的正确性。     

一种新型四自由度并联机构的运动学分析

对一种新型的四滑块驱动的二平移二转动并联机构,进行了结构学分析,包括其自由度计算及输出运动类型分析;给出了位置分析的正、逆解,用一维搜索法求解了其数值位置正解,还对该机构的工作空间进行了分析。该机构可作为虚轴坐标测量机、并联机床及其他运动平台的可选机型,为该并联机器人机构的误差分析、动力学分析计算及工业应用奠定了基础。     

两自由度并联机构动力学分析及其控制补偿策略

并联机构的精度问题受到广泛关注。文中根据两自由度并联机构的运动学、动力学分析得到了机构的动力学模型,并由此提出了一种控制补偿策略,通过仿真验证,该方法能够成功地减小系统的动态误差。     

新型一平移一转动并联机构的精度分析

根据并联机器人机构结构综合理论,以单开链支路为单元,改进了一种能实现空间一维移动和一维转动的二自由度并联机构。采用传递矩阵法研究了推拿机器人末端位姿误差。基于机器人末端执行器位置反解结果,通过全微分误差分析理论,建立误差模型,进行求解计算,构造了机器人末端执行器并联机构输出位姿误差与各误差源之间的对应关系。为将该并联机构用作中医推拿机器人的末端执行器,有效完成多种推拿动作提供重要保障。     

基于D-H矩阵的2-RPaRSS并联机构位姿误差建模与补偿

针对4自由度2-RPaRSS并联机构,利用D-H变换矩阵法建立了机构运动学及单条支链的位姿误差模型,并由此得到了机构基于各运动副误差(制造误差、安装误差、磨损误差等)的动平台位姿误差模型;运用该误差模型对2-RPaRSS并联机构的进行了误差分析和计算,给出了机构驱动角对动平台位姿误差的影响情况;同时建立了单支链的误差辨识模型,并由NSGA2算法求得了各误差的近似最优解,通过误差补偿使并联机构的位姿精度得到明显提高。     

基于螺旋理论的滑块群驱动机构自由度分析

本文研究的滑块群驱动机构是一种比较少见的少自由度并联机构。该并联机构能够实现X和Y轴的移动以及绕Z轴的转动。运用螺旋理论分别对单个分支的约束和整个并联机构的运动螺旋进行求解。通过螺旋理论中的互逆原理,求解出机构的约束螺旋系,从几何的线性相关性来求解机构的自由度。通过求解约束螺旋系的最大线性无关组和刚化输入后约束螺旋系的最大线性无关组来进行对比分析,判断机构自由度选取的合理性。     

一种少自由度并联机构静刚度研究

并联机构,尤其是用于机加工的并联机床都需要很高的刚度要求,因此建立其刚度模型就显得尤为重要。现有的刚度建模方法多是基于集中刚度模型,但是该方法的物理意义不够明确。基于螺旋理论建立了一种少自由度并联机构的刚度模型,该方法将驱动刚度和约束刚度区别对待,物理意义明确。通过计算并联机构空间自由度,并利用螺旋方程的反螺旋解法,得出并联机构的运动雅可比矩阵和约束雅可比矩阵,经组合得到少自由度并联机构的完全雅可比矩阵,从而建立了其静刚度模型。建立的静刚度模型可以作为少自由度并联机构的性能评价指标,同时又可以为分析其他过约束的少自由度并联机构提供理论支持。     

激光加工用三平移并联机床的分析与研究

设计与研究了一种用于激光加工的三平移并联机床。介绍了并联机床的组成及部件间的连接关系。通过应用并联机构拓扑结构理论对并联机床的自由度进行了分析,得出其自由度输出为三平移。通过建立杆长约束方程,得到并联机床机构的运动学位置逆解方程。应用几何法对并联机床工作空间进行了分析与求解,并得出工作空间与机床机构参数之间的关系。通过建立并联机床的几何参数误差模型,得到机床动平台的输出位置误差,进而为并联机床生产和运动控制提供理论依据。     

一种含复合球副5自由度并联机构运动学分析

设计了一种新型含复合球副5自由度并联机构,分析了机构的特点和自由度。建立了该机构的位置解析模型。利用观察法判断部分驱动分支中存在的约束力/矩,基于约束力/矩推导了含复合球副5自由度并联机构的Jacobian矩阵和Hessian矩阵,建立了含复合球副5自由度并联机构的运动学模型。利用先进CAD软件,对机构的位置解析模型和运动学模型进行了验证。基于含复合球副5自由度并联机构的位置解析模型得到了机构工作空间的形状及大小。利用该机构Jacobian矩阵,对含复合球副5自由度并联机构的奇异性进行了分析。     

高强钢拼焊板V形模压弯曲回弹数值预测

基于ABAQUS有限元软件的UMAT和VUMAT接口,利用径向回退映射算法开发变模量的各向同性强化、线性随动强化和非线性随动强化的本构模型,耦合Aitken算法提高了非线性随动强化模型的收敛速度。利用耦合变模量的三种强化准则的模型,基于显式计算成形隐式计算回弹算法,在不同模压力和不同凸模圆角半径下对高强钢拼焊板V形模具弯曲的回弹进行预测,通过试验验证耦合应力相关变模量的非线性随动强化模型的回弹预测精度较高,最大预测误差为2.2%。应用此模型在不同凸模圆角半径和不同模压力下对高强钢拼焊板V形模具弯曲回弹后模量场和卸载后弯曲角进行预测与分析,拼焊板厚侧母板模量变化区较薄侧母板变化区域大,并在凸模圆角与直边过渡段上方出现反弯区。卸载后弯曲角随凸模圆角半径增大而增大,随着模压力的增大而减小。验证通过施加不同模压力可提高高强钢拼焊板V形模具弯曲工艺柔性的正确性,为进一步研究高强钢拼焊板V形模具弯曲自适应成形奠定基础。     

4-UPU并联机器人机构及其运动学

提出了一种能实现空间三维移动和绕Z轴转动的机构模型———空间4-UPU并联机器人机构模型。采用螺旋理论分析了4-UPU并联机器人机构实现空间三移一转运动的机构学原理,计算了其自由度,讨论了输入的合理性;给出了其位置反解的方法,导出了位置正解的封闭方程,进行了数值验证,并分析了该机构的工作空间和奇异位形。该机构是一种过约束机构,具有结构对称且相对简单、刚度大等优点,可用于开发新型工作台、并联机床、四维力传感器以及微操作机器人等。     

虚拟轴机床运动学仿真的建模与开发

对最新研制的 5 UPS PRPU虚拟轴机床机构进行了分析 ,建立了机床的运动学模型 ,并得到了机构的运动学逆解表达式。详细阐述了基于三维机械CAD软件SolidWorks2 0 0 0平台 ,应用VisualBasic编程语言实现该机床实体运动学仿真的方法。为机床的一次性设计成功 ,提供了可靠保证     

非轴对称非球面平行磨削误差补偿技术研究

针对非轴对称非球面的成形加工法柔性不足及球形砂轮加工法对工具和机械的要求太高的缺点,提出采用普通圆弧金刚石砂轮加工的平行磨削法。对于新方法加工中存在的加工误差问题,提出在非轴对称非球面加工中使用带倾角圆弧修整器及对主轴半径和副轴半径误差采用离线补偿的加工技术。通过理论分析和试验表明此方法可达到提高非轴对称非球面的加工精度的效果。     

一种新型三自由度虚轴坐标测量机机构的误差建模与仿真

设计了一种新型三自由度虚轴坐标测量机机构,给出了其运动学正解模型,依据全微分理论,导出测头位置误差与结构参数误差及3个并联驱动杆长度误差之间的相互关系,从而建立起这种新型并联机构的误差模型;然后利用计算机仿真方法,验证了误差模型的准确性,分析了3个并联驱动杆长度变化以及结构参数误差变化对测头位置误差的影响,为该虚轴坐标测量机机构的加工制造及其误差补偿奠定了理论基础,该并联机构还可用于运动模拟器、并联机床等其它并联运动装备.     

利用正交位移测量系统进行六自由度并联机构参数标定

为了简化六自由度并联机构的参数标定过程,提高标定效率,降低标定成本,提出了基于正交位移测量系统的位姿测量装置及方法。首先,研究了该装置的位姿解算方法,利用空间解析几何的方法,求解其运动学正解与逆解。其次,利用微小位移合成法,建立了并联机构及正交位移测量系统组合体的误差模型。然后,基于误差模型,构建了组合体参数误差辨识的最优化问题数学模型,其中,传感器示值的平方和最小为目标函数,组合体的结构参数误差为设计变量。最后,利用正交位移测量系统对六自由度并联机构位姿进行测量,利用OASIS奥希思软件直接搜索出参数误差最优解,将其补偿到并联机构控制系统中,完成并联机构的参数标定。标定前后位姿误差对比表明:最大位置误差降低了58%~96%,最大姿态误差降低了92%~97%。利用正交位移测量系统进行并联机构参数标定,不仅可有效提升并联机构的定位精度,还可有效简化标定工作,提升标定效率,降低标定成本。     

基于螺旋理论的3T1R完全解耦并联机构型综合

利用螺旋理论和独立驱动原则对3T1R类完全解耦并联机构进行型综合。首先根据期望3T1R完全解耦并联机构的运动特征(沿X、Y、Z轴方向的移动和绕Z轴方向的转动)和完全解耦并联机构的正逆雅可比矩阵必为对角阵的要求,利用螺旋理论来构造满足所期望形式的正逆雅可比矩阵;然后根据正逆雅可比矩阵所要满足的条件,确定支链驱动副作用于动平台上的使动螺旋,再得到该使动螺旋对应支链上的表示驱动副的驱动螺旋和除驱动螺旋之外的其他运动螺旋系,根据支链连接度的不同,可以配置支链的所有可能构型;最后根据并联机构运动原理依次取出四条支链连接动平台和定平台得到3T1R完全解耦并联机构。综合的并联机构的输出运动是由支链上独立的输入驱动提供的,且机构的正逆雅可比矩阵在运动过程中始终保持为对角阵,所以属于完全解耦并联机构,此类机构控制简单,具有一定的应用前景。     

3-HSS 并联机床运动学设计

提出以可以实现三平动自由度工联机构作为主进给机构,辅以回转工作台实现多坐标数控加工的并联机床结构配置方案,并据此简要阐述了一种三自由度并联机床的总体设计方案和相应的运动学设计方法。理论成果已用于样机开发。     

Error analysis of a parallel mechanism considering link stiffness and joint clearances

In order to utilize a parallel mechanism as a machine tool component, it is important to estimate the errors of its end-effector due to the uncertainties in parts. This study proposes an error analysis for a new parallel device, a cubic parallel mechanism. For the parallel device, we consider two kinds of errors. One is a static error due to link stiffness and the other is a dynamic error due to clearances in the parts. In this study, we propose a stiffness model for the cubic parallel mechanism under the assumption that the link stiffness is a linear function of the link length. Also, from the fact that the errors of u-joints and spherical joints are changed with the direction of force acting on the link, they are regarded as a part of link errors, and then the error model is derived using forward kinematics. Lastly, both the error models are integrated into the total error, which is analyzed with a test example that the platform moves along a circular path. This analysis can be used in predicting the accuracy of other parallel devices.     

一种串并联式Stewart平台机构的误差分析

设计了一种由双级并联机构组成的位姿精调试验平台 ,分析了平台上每个铰链点的位置误差和各支链的长度误差对试验平台末端执行器运动精度的影响 ,建立了试验平台末端误差的数学模型。仿真结果表明 ,该机构的位姿误差具有线性叠加性 ,这种串并联平台末端误差的相对变化量很小 ,基于该构型的试验平台可达到较高运动精度。