用于集装箱吊装的绳牵引并联起重机器人的机械结构设计

考虑到绳牵引并联机器人具有串联机器人及杆支撑机器人所不具有的优势,并结合目前机器人研究的热点和发展趋势,提出可用来替代轨道吊的用于集装箱吊装的绳牵引并联起重机器人,并针对振华公司的一种轨道吊产品参数,对绳牵引并联起重机器人进行机构设计和详细的结构设计.     

绳牵引并联机器人完备干涉判定条件推导

为克服以往因干涉分类不清晰、推导不完备而造成的在绳牵引并联机器人干涉计算中所存在的误判和漏判问题,推导包括各类干涉情况的完备判定条件并提出干涉求解策略。在明确干涉分类的基础上,根据绳与绳以及绳与末端执行器边缘之间公垂线垂足位置关系的各种情况,推导绳与绳干涉以及绳与末端执行器边缘干涉的数学判定条件;证明绳与末端执行器面干涉的充分必要条件。在此基础上,提出一种适用于绳牵引并联机器人的干涉求解策略。通过对一个典型的绳牵引并联机器人的干涉问题进行求解与对比分析,表明所导出的完备干涉判定条件可较传统方法更合理地确定干涉区域,从而为更准确地实施绳牵引并联机器人的控制奠定了理论基础。     

绳牵引并联机器人的静刚度解析

基于微分变换和线几何理论,建立包含关节弹性变形以及绳拉力等因素的绳牵引并联机器人的刚度模型,推导刚度矩阵的数学表达式.模型不仅考虑驱动单元、绳的弹性变形对机构刚度的影响,而且考虑机构在广义外力作用下由末端执行器微分运动所引起的结构矩阵的变化.通过线矢量的引入,分步求导模型中结构矩阵对末端执行器位姿变分的三维Hessian矩阵.模型表明,绳牵引并联机器人的系统刚度由两部分组成,其中一部分主要取决于绳的几何布置、末端执行器的位姿、驱动支链的物理特性;另一部分表达为结构矩阵相对末端执行器位姿的变分-Hessian矩阵与绳拉力矢量的乘积.大射电望远镜5m缩尺模型数值仿真与试验结果的对比验证了该方法的正确有效.     

六自由度绳牵引并联机器人的可达方位空间计算

可达方位空间是指运动平台在一定范围内转动时,运动平台能实现的位置能力。文中通过绳牵引并联机器人的力和力矩平衡方程,得出了判断一个位形是否在运动空间中的方法,在此基础上从判断平面内一条射线上的可达方位空间边界点出发,获得平面上和空间内的可达方位空间边界点。文中采用该算法仿真绘出了机构的可达方位空间。     

不完全约束绳牵引并联机器人的微分平坦性分析

针对3根绳牵引的3自由度不完全约束的平动绳牵引并联机器人的逆运动学、动力学进行分析,选择驱动器坐标为系统的平坦输出,通过理论分析和实例仿真表明不完全约束绳牵引并联机器人具有微分平坦性。     

6自由度绳牵引并联机构的位置空间分析

文中对绳牵引并联机器人的位置空间进行了研究.在绳牵引并联机构的应用中,工作空间的形状是需要了解的重要因素.通过绳牵引并联机器人的力和力矩平衡方程得出了判断一个位形是否在工作空间中的方法.据此进行仿真分析,确定了6-6型绳牵引并联机器人的位置工作空间形状同运动平台和基座几何布置、尺寸的关系.     

绳牵引并联机器人工作空间的判定条件与解析表达

研究6自由度完全和冗余约束绳牵引并联机器人力旋量封闭工作空间的性质,给出并证明在不同牵引绳根数下末端执行器位姿属于力旋量封闭工作空间的充要条件,分析满足矢量封闭原理的结构矩阵对应的几何特征。总结6自由度完全和冗余约束绳牵引并联机器人力旋量封闭工作空间的判定定理,即结构矩阵满秩,在结构矩阵中存在列矢量位于6个线性独立列矢量反方向张成的六维凸锥内,且满足相关系数之和大于0。基于以上定理和性质,推导6自由度完全和冗余约束绳牵引并联机器人力旋量封闭工作空间边界的解析表达式,提出力旋量封闭工作空间解析求解方法。数值算例验证了方法有效可行。     

绳牵引并联机构的自由度和奇异性

绳牵引并联机构是将若干驱动器的运动和力以绳为介质，转换成末端执行器的运动和力的封闭机械装置。可控性是绳牵引并联机构的主要问题，在其基础上，通过建立机构的静力学平衡方程，将末端执行器的自由度定义为结构矩阵的所有列矢量正张成的空间的维数；同时给出并证明末端执行器自由度的类型；说明绳牵引并联机构的奇异类型仅有过运动性的奇异，证明了纯平动机构不存在奇异位姿；最后，根据无奇异机构的设计原理，列举了无奇异性的3个1R2T机构、2个2R3T机构和1个3R3T机构。     

绳牵引腰部康复训练并联机器人的建模和控制仿真

随着腰部康复需求增加,为了给患者提供更有效的治疗服务,本文设计了一种适用于腰部康复训练的四绳三自由度绳牵引并联机器人。基于所设计的机器人结构,建立其运动学和动力学模型;针对牵引绳拉力问题,将机器人绳拉力分解为有效驱动力和内力,从而确保机器人在运动过程中满足动力学方程;针对康复训练机器人需要对位置和力同时控制的要求,设计了一种力/位混合控制律,并以典型人体腰部康复训练轨迹为实例进行仿真实验。结果表明,所设计的机械结构可行,所设计的控制律正确、可靠,力/位控制精度良好。     

三自由度绳牵引平面并联机器人力/位控制研究

针对三自由度平面绳牵引并联机器人在如何保持一定绳张力的条件下实现位置控制的问题进行了仿真研究.利用牛顿-欧拉法建立了机器人的包括电机在内的动力学方程.考虑到系统正常工作时绳需要具有一定的张力,给出了力分解模型,提出了一种力/位并行控制策略:力回路用于控制绳的张力大小,位置回路用于实现末端轨迹跟踪.最后对机器人控制系统进行了仿真分析,仿真结果表明,该控制策略不仅能够解决绳的张力问题,而且满足对轨迹跟踪要求.     

基于虚拟样机技术的并联机器人设计研究

并联机器人的结构复杂、制造成本高、生产周期长,因而其物理样机的优化以经验为主.提出基于ADAMS的虚拟样机优化方法,并以3RPS机器人为例,运用虚拟样机模型分析了该机器人结构参数变化对该机器人动平台转动角度的影响,并得到了动平台转动角度最大时的最优结构参数.     

并联机床单支路设计与计算

介绍并联机床单支路的结构与设计,并对滚珠丝杠进行计算。     

二自由度门式起重机器人控制系统硬件的选择

为了解决二自由度门式起重机器人的吊运轨迹精确跟踪控制和反晃动的有效消除,在前人研究结果和建立其非线性动力学模型的基础上,运用基于模糊PID的轨迹跟踪控制方式可达到要求.基于这样的实验要求选择系统软硬件,在选定Matlab/Simulink等软件的情况下,介绍了几种控制硬件,根据设计方案,选定了符合要求的控制硬件,即固高多轴运动控制卡GTS - X00 - PV/PG - PCI来实现轨迹跟踪控制.     

基于高速并联机械手的电池质量分拣机设计

结合我国电池企业生产需要,设计了一种基于高速并联机械手的电池质量分拣机。首先进行了可充电电池质量自动分拣机总体方案设计。根据电池分拣布局确定了机构的工作空间尺寸和机构的基本尺寸,进行了机构的详细设计并对机构的动、静态性能进行分析和结构优化设计。在此基础上开发了分拣系统产品化样机。其性能与进口设备相当,而成本仅为进口设备的1／3。     

六足步行机器人的并联机械腿设计

将并联机构用于六足步行机器人的腿部结构,以拓展六足步行机器人的应用领域.提出了一种基于(U+UPR)P+ UPS机构的并联机械腿,并对机械腿进行了结构参数设计.首先,对腿部机构进行了运动学分析,推导出了腿部机构的位置反解方程和速度传递方程;分析了腿部机构的工作空间并绘制了工作空间三维图,定义了工作空间性能评价指标,绘制了结构参数与工作空间性能指标的关系曲线.然后,对腿部机构进行了运动灵活性分析并绘制了雅克比矩阵条件数分布图,定义了运动灵活性评价指标,绘制了结构参数与运动灵活性指标的关系曲线.最后,基于工作空间性能指标和运动灵活性指标,采用蒙特卡罗法进行了结构参数分析,选取了一组性能较好的结构参数并考虑加工和装配工艺性,设计了一种新型3自由度并联机械腿的虚拟样机,为六足步行机器人的进一步研究奠定了基础.     

飞机喷漆悬挂起重机的设计

针对飞机喷漆设备的功能需求,设计研究了飞机喷漆悬挂起重机,此设备主要由端梁、小车、回转机构、伸缩导柱、工作平台等部分组成,能够负载工作人员安全高效到达飞机蒙皮任意位置,对飞机生产装配具有重要的意义.伸缩导柱采用多边形结构和排绳技术,可实现导柱的同步均匀伸缩;两组起升机构处于不同的负载工况,避免受到同一疲劳故障的影响.     

一种用于精密定位的并联机器人

针对一种可用于精密定位的6-HTRT并联机器人,介绍了该机器人的机构形式和特点,阐述了控制系统硬件组成,逻辑结构和控制方法。分析了位置逆解和Jacohin矩阵,并在不同姿态下进行了工作空间仿真,给出了末端灵巧度的几项关键性能指标。最后通过实验给出并联机器人的运动分辨率和重复定位精度。     

中型足球机器人踢球机构设计

针对RoboCup中型组足球机器人踢球机构的各种设计方案进行了分析。在不违反RoboCup中型组机器人比赛规则的前提下,充分利用了机器人前方仅有的空间,采用了压缩弹簧的翻板踢球机构,结构简单紧凑,符合实际需要。最后,运用三维设计软件对踢球机构进行了建模与仿真分析。整个机构运动很协调,说明机构设计十分合理,完全能达到预期目的。     

起重机拉力环型载荷限制器的设计

介绍了一种新型塔式起重机的载荷限制器——拉力环型载荷限制器的结构与工作原理,在分析其参数间关系的基础上,建立了工作元件的变形计算公式,为该装置的设计与计算提供了理论依据。     

一种基于位置正解的并联机器人精度分析算法

利用杆长逐次逼近算法来求解并联机器人理想位姿以及有结构误差时的实际位姿，并用欧拉角表示机器人姿态，分析机器人位姿误差。通过仿真计算实例，证明该算法可快速高效求得机器人位姿误差。