并联机器人轨迹跟踪变结构控制的研究

本文根据并联机器人控制的特点，将离散变结构理论应用于并联机器人的轨迹控制，引进了离散趋近律的概念，给出了实用的离散变结构控制算法，仿真表明，该方法对并联机器人轨迹踪具有良好的控制效果。     

液压伺服驱动的并联机器人离散滑模变结构控制

本文针对液压伺服驱动并联机器人数学模型的特点,设计了一种具有变速趋近律的离散滑模变结构控制器。仿真研究结果表明,该控制方案可避免通常变结构控制避不可避免的颤动,且系统对参数摄动和外界干扰具有较强的鲁棒性。     

机械系统误差分析新方法

基于拓扑反变基本原理,建立用于描述机械系统运动误差问题的原始信息空间和目标信息空间以及拓扑反变映射算子,将系统的输出运动误差空间反推到误差源空间,通过减小相应误差源的误差为进一步提高系统的工作质量奠定了基础。将该方法应用于并联机器人的误差问题,通过对并联机器人误差模型进行仿真分析,得出减小位置参数误差可有效提高并联机器人精度的结论,验证该理论方法的有效性。     

电动并联六轮足机器人的运动驱动与多模态控制方法

提出一种并联六轮足移动机器人．该机器人设有多模式Stewart型腿结构,其负载能力大,集成了轮式运动和足式运动的优点,可实现足式、轮式、轮足复合式运动．首先,阐述了机器人设计思路,对电动并联六轮足机器人的硬件系统和控制系统进行设计．其次,针对足式运动模式,设计了一套完整的足式“三角”步态和稳定行走算法,该算法可降低足端与地面之间的垂直方向冲击,防止足式运动拖腿或打滑;针对轮式运动模式,设计并介绍了6轮协同控制和轮式协同转向原理;针对轮足复合式运动模式,介绍了变高度、变支撑面、变轮距、主动隔振控制原理,重点分析了主动隔振控制和变轮距控制,可实现主动隔振及姿态平稳控制,提高了机器人在崎岖颠簸地形下的轮足复合式运动的稳定性．最后,对电动并联六轮足机器人的足式、轮式、轮足复合式运动模式进行实验,实验结果验证了本文提出的并联六轮足移动机器人设计的可行性和各运动模式下驱动与控制算法的有效性．     

3-RRR并联机器人的精度分析与仿真

目前有关并联机器人精度方面的研究工作还比较薄弱,为采取有效措施提高并联机构的精度,通过对3-RRR并联机器人机构的分析,针对传统D-H参数法的局限性,采用微分理论,建立了该并联机器人机构的精度模型,通过计算机仿真,针对单条支链多个结构参数误差,比较全面的分析了结构参数对输出位姿误差以及位姿变化对机器人机构精度的影响。分析结果为：机构中所有结构误差随着X轴正向增大而单调增大;运动支链在关节转角处的误差单调上升的比其他结构快。为该机器人机构实际误差补偿与控制提供了理论依据。     

面向精密调整的6-HTRT并联机器人

为实现光学精密调整,研制出了由交流伺服电机驱动的6-HTRT并联机器人,它具有6个自由度,其结构特点决定了该机器人可以完成高精度定位调整。分析了机器人的位置逆解,并对不同位姿下的工作空间进行了仿真。控制系统采用基于ISA总线的闭环控制方式,测试结果显示:该并联机器人工作空间较大、分辨率高、重复定位精度高,说明机器人结构和控制系统设计的合理性。最后应用此并联机器人成功完成了光学精密装配试验。     

含被动高副的冗余驱动并联机器人优化设计

针对具有平移和旋转混合自由度的冗余驱动并联机器人,提出一种优化设计方法.首先,介绍了仿人类口颌设计的并联机器人,由6-PUS(prismatic-universal-spherical)并联机构模拟6条主要咀嚼肌,2个被动高副模拟下颌关节.针对机构含被动高副的特点,利用末端执行器上的3点描述位姿,建立其量纲一致的雅可比矩阵.基于机器人结构和尺寸对速度误差传递性能的影响的分析,给出了该冗余驱动并联机器人的优化方法.设置性能参数对该冗余驱动并联机器人进行了尺寸优化设计,与优化前机器人机构相比全局误差标准差下降了39.83％.结果表明所提出的优化设计方法提高了并联机构的速度传递性能,并可以扩展用于其他机器人的优化设计.     

CT导航微创外科混联机器人拓扑结构分析

分析了CT导航微创外科手术环境对机器人的特殊要求,提出了一种新型串并混联机器人构型 .详细讨论了机器人的串、并联拓扑结构的设计依据,比较了多种串联微创外科机械臂的结 构类型,明确了串联部分的构型.针对传统并联机构灵活性较小的不足,提出并分析了并联 机构的结构框架,确定了并联部分的结构.基于螺旋理论重点求解了并联机构的位移输出特 征方程及其自由度,同时给出了串联部分的位移输出特征矩阵.通过灵活性仿真,验证了该 机器人可用于CT受限空间的微创外科定位手术.本文对于新型医疗机器人的构型设计提供了 一种理论参考.     

并联3-URS踝关节康复机器人的机构与运动学研究

为了帮助患者进行踝关节康复训练,减轻治疗师工作强度,在分类分析现有的各类型踝关节康复机器人的基础上,设计了一种六自由度并联3-URS踝关节康复机器人。从人体生理结构及康复训练需求出发,设计、优化了康复机器人结构,加工制造了实物样机模型;采用闭环矢量的方法建立了并联机器人运动学模型,结合Rosenbrock-Banana优化函数,将正逆运动学数值求解问题转换为优化问题。以背屈训练轨迹作为数值算例,求解精度可达10-10~10-7mm;结合虚拟样机技术,验证了该并联机器人运动学优化求解方法的可靠性,适用于3-URS并联踝关节康复机器人。     

基于Metropolis遗传算法的并联机器人结构优化设计

以六自由度Stewart并联机器人的灵巧度为目标函数,以设计空间、每条支腿的最大最小长度之比和虎克铰、球铰的极限摆角为约束条件建立了结构优化模型．将模拟退火算法中的Metropolis准则引入到实值编码遗传算法的选择操作中,产生了Metropolis遗传算法,采用该算法进行了并联机器人结构优化问题的求解．通过与采用标准遗传算法得出的结果比较,证实了Metropolis遗传算法在并联机器人结构优化设计中的有效性和优越性．     

Decoupling control for spatial six-degree-of-freedom electro-hydraulic parallel robot

This paper presents a decoupling controller equipped with cross-coupling pre-compensation for an electro-hydraulic parallel robot, in order to weaken system dynamic coupling effects usually ignored on the design of advanced controllers and improve system control performance. The mathematical model of the electro-hydraulic parallel robot is built using the Kane method and a hydromechanics approach, and the kinematical model is established with a closed-form solution and the Newton-Raphson method. The feedback linearization theory is applied to reduce coupling effects stemmed from system dynamics of the parallel robot via incorporating force-velocity control with cross-coupling pre-compensations. The control performance involving stability, accuracy, and robustness of the proposed controller for spatial 6-DOF parallel robot is analyzed in theory and experiment. The experimental results illustrate that the proposed controller can highly improve the control performance by weakening system dynamic coupling effects of the electro-hydraulic parallel robot, especially for trajectory tracking performance.     

基于Simulink/SimMechanics的三自由度并联机器人控制系统仿真

针对并联机器人控制系统比传统串联机器人更加复杂的问题,将虚拟仿真技术应用到并联机器人控制策略的研究上.以三自由度Delta并联机器人为例,为便捷高效实现其控制系统仿真,利用Simulink为仿真平台,结合SimMechanics Link接口软件,提出了三维Pro/E模型转换成SimMechanics模型的建模方法建立机械系统模型,并设计PID控制器模型进行仿真分析.结果表明,该方法为并联机器人控制策略的研究提供了高效的仿真平台,便于展开针对并联机器人特点的各种控制策略的研究.     

基于Virtual.lab的柔性并联机器人仿真平台

为了实现柔性并联机器人的快速可视化建模,提供柔性并联机器人动力学分析的新途径,针对柔性并联机器人系统内刚体、柔体耦合的难点,利用Virtual.lab软件对VBA的支持及其处理机械系统弹性动力学问题的优势,结合数据库技术、参挝数化建模原理和柔性并联机器人动力学仿真的特点,对Virtual.lab软件进行二次开发,建立柔性并联机器人动力学仿真平台,可实现柔性并联机器人动力学特性的分析.该平台操作简单,建模效率高,计算速度快,便于机械工程师在机械设计中使用.为柔性并联机器人结构优化设计及运动学、动力学规划指标的确定提供科学依据.     

Experimental kinematic calibration of parallel manipulators using a relative position error measurement system

Because of errors in the geometric parameters of parallel robots, it is necessary to calibrate them to improve the positioning accuracy for accurate task performance. Traditionally, to perform system calibration, one needs to measure a number of robot poses using an external measuring device. However, this process is often time-consuming, expensive and difficult for robot on-line calibration. In this paper, a methodical way of calibration of parallel robots is introduced. This method is performable only by measuring joint variable vector and positioning differences relative to a constant position in some sets of configurations that the desired positions in each set are fixed, but the moving platform orientations are different. In this method, measurements are relative, so it can be performed by using a simple measurement device. Simulations and experimental studies on a Hexaglide parallel robot built in the Sharif University of Technology reveal the convenience and effectiveness of the proposed robot calibration method for parallel robots.     

基于OpenGL的DELTA并联机器人实时动态仿真

该文以DELTA并联机器人三维实时动态仿真系统为背景，介绍了OpenGL图形库的功能和特点以及OpenGL与Windows图形接口的设置方法；在建立了DELTA机器人数学模型的基础上，重点分析了DELTA机器人的运动学，并给出了DELTA机器人运动学逆问题的详细数值解法；阐述了利用OpenGL和VC 6．0联合编程以实现并联机器人动态仿真的方法，并给出了详细的设计步骤和开发的软件界面；最后讨论了OpenGL在机器人仿真中的应用前景。用OpenGL图形库进行机器人仿真真实感强，因而具有较高的使用价值和良好的应用前景。     

A Simple and Novel Hybrid Robotic System for Robot-Assisted Femur Fracture Reduction

When performing femur fracture reduction surgery, both the patient and surgeon are exposed to a great amount of radiation, which is harmful to their health. In order to reduce such radiation from the usage of an image intensifier, various robots have been proposed for femur fracture reduction surgery. Most of these robots are based on serial architecture. The low transportable load and poor accuracy are both inherent in serial robots, which makes them inappropriate for femur fracture reduction. Some parallel robots based on the 'Stewart platform' have also been developed for femur fracture reduction, but their restricted workspace limits their applicability and accessibility. To balance the accuracy, payload and workspace, a new robot system is reported in this paper. The proposed robot system consists of a 2-d.o.f. device and a 6-d.o.f. hybrid robot. The 2-d.o.f. device is used for distraction, which requires a very large force. The hybrid robot is used to manipulate a bone fragment for alignment and fixation purposes. The hybrid robot possesses the characteristic of a Cartesian coordinate robot; all the movements of the actuators are linear, which makes its motion smooth for low-speed fracture reduction procedures. The forward and inverse kinematics of the proposed robot are analyzed. The analysis is much simpler compared to traditional serial manipulators and parallel Stewart platform robots. A prototype of the proposed system is made using a rapid fabrication system called Objet. The positioning accuracy of the proposed system is measured using a coordinate-measuring machine. The results show that the algorithms presented in this paper for the control of the robot are accurate and robust.     

基于软件人架构的机器人设计与实现

以无人变电站移动巡检机器人为应用对象,运用"软件人"理论方法开展基于"软件人"架构的机器人系统设计:一方面,利用虚拟"软件人"为实体机器人建立软件模型,充分发挥"软件人"的拟人特性,构建"软件人"和机器人协同交互、融合共生的平行系统,通过"软件人"和机器人平行进化的智能算法实现"软件人"和机器人在线、实时、自动平行进化,在运行过程中不断提高机器人的性能;另一方面,利用"软件人"运行平台的高处理能力完成在机器人嵌入式系统中无法完成的一些智能算法,实现对实体机器人的实时作业并行、在线、实时地仿真。     

3-RRRT并联机器人位置正向求解研究

研究一种3-RRRT型并联机器人机构的运动学正向求解方法。根据3-RRRT型并联机器人机构特点以及关节运动的取值范围,提出了以并联机器人支链中支杆的方向余弦和动平台绝对位置坐标为系统的广义坐标的方法,并详细地推导了3-RRRT型并联机器人运动学模型,通过进一步消除中间变量的方法最终获得了易于正、逆运动学求解的只包含3个驱动关节坐标与动平台3个绝对位置坐标的约束方程组。最后,运用基于Moore—Penwse广义逆的牛顿迭代格式编制了MATLAB运动学正向求解程序,并进行了运动学正向求解数值仿真,结果表明求解程序快速有效。