一种新型伪四自由度并联机器人的设计与分析

通过对传统并联机器人结构与性能的分析,设计了一种新型的伪四自由度并联机器人,克服了传统机器人驱动电机数量与自由度数量相等的障碍,有效地简化了四自由度并联机器人的制作工艺。将旋转轴固定在静平台上,两根主动臂与从动臂固定于动平台上,构成二自由度并联机构;两输出轴驱动两根主动臂旋转,带动末端执行机构在二维平面内运动;旋转轴驱动动平台进行旋转,实现末端执行机构在三维平面内的运动。分析了伪四自由度并联机器人的结构特点以及工作原理,建立了运动学模型,对其工作空间进行动态仿真并搭建硬件平台进行实验测试。实验结果表明该伪四自由度并联机器人能够提高运行速度并能准确定位抓取,实现四自由度机器人功能。     

计算机辅助几何法分析4-DOF并联机器人

提出运用计算机辅助几何法来研究新型四自由度并联机器人的型综合问题,利用在CAD软件草图环境下建立的并联机器人模拟机构,基于并联机器人的模拟机构,综合出多种新型四自由度机构,并用计算机模拟法,分析了动平台的运动特性。模拟结果表明,计算机辅助几何法的应用不但大大简化了并联机器人机构型综合的难度,而且快捷直观,值得推广。     

双重驱动四自由度并联机构型综合

高精度、大工作空间的机器人系统推动了精密操作工程的发展,宏、微操作手直接串联构成的机器人系统由于体积大,适用性在一定程度上受到了限制,因此开发体积小的宏/微机器人机构具有重要的意义.双重驱动并联机构本质上是两个具有相同自由度数目并联机构的集成,其结构简单、紧凑,灵活性更高,工作空间更大,可以用来开发体积小的宏/微操作机器人.基于螺旋理论,提出了双重驱动四自由度并联机构型综合的方法.作为示例,综合了三移一转四自由度双重驱动并联机构,得到了一些新型的双重驱动四自由度并联机构.     

一类可重组模块化少自由度并联机器人

提出了一类可重组的模块化少自由度并联机器人，其分支运动链都由单自由度运动副构成，具有相同的模块化结构，通过改变分支运动链自身和相互之间的结构关系，可以得到三自由度、四自由度和五自由度的并联机器人。由于分支运动链中不含有闭环子链和复合铰链，使制造成本降低且容易保证精度。     

基于螺旋理论和自由度分配的混联机器人构型综合

合理的混联机构设计结合了串联机构和并联机构的优点,但是混联机构构型是机构设计中的难点。针对这一问题,提出一种基于螺旋理论和自由度分配原理的混联机器人构型综合方法,并通过四自由度混联机器人构型过程对该方法进行了验证。通过螺旋支链法完成并联机构构型,得到二、三自由度并联机构;根据自由度分配的原理,结合期望自由度对自由度进行分配,并进行四自由度混联机器人构型综合,得到了一系列四自由度混联机器人构型。     

空间四自由度并联机器人的智能化型综合

基于单开链单元的欠秩并联机器人机构型综合方法.用VB编程实现空间四自由度并联机器人机构的型综合,并以两平移两转动并联机器人为例进行型综合,达到了型综合自动化的目的.     

基于绳索驱动的并联康复机器人研究

针对在康复训练过程中如何协调控制患者骨盆运动轨迹的问题,设计了由6根绳索牵引的四自由度并联康复机器人。建立了并联机器人的静力学和动力学模型,分析了该机器人的工作空间。基于骨盆运动规律,对绳驱动机器人运动轨迹进行了规划,计算了驱动绳索长度、速度及加速度变化规律,并通过实验验证了所构建并联平台运动学模型的正确性。     

基于绳索驱动的并联康复机器人的研究

针对腰部康复训练过程中如何协调控制患者骨盆运动轨迹的问题,设计了由6根绳索牵引的四自由度并联机器人。采用封闭矢量四边形法和Newton—Raphson迭代法建立了该绳索驱动并联平台运动学正、逆解计算模型。基于骨盆运动规律,对绳驱动机器人进行了运动仿真,得出了驱动绳索长度、速度、加速度变化规律,并通过实验验证了所构建并联平台运动学模型的正确性。     

基于绳索驱动的并联康复机器人的研究

针对腰部康复训练过程中如何协调控制患者骨盆运动轨迹的问题,设计了由6根绳索牵引的四自由度并联机器人。采用封闭矢量四边形法和Newton-Raphson迭代法建立了该绳索驱动并联平台运动学正、逆解计算模型。基于骨盆运动规律,对绳驱动机器人进行了运动仿真,得出了驱动绳索长度、速度、加速度变化规律,并通过实验验证了所构建并联平台运动学模型的正确性。     

基于螺旋理论的锻造操作机构型综合

为了进一步提高锻造操作机的解耦性能,构造了两种类型的串并联形式的混联机构以作为锻造操作机构型。锻造操作机构型Ⅰ的升降运动用平行4R机构实现,其俯仰、侧摆、侧移、大车前进方向的移动和侧向冗余移动用五自由度并联机构实现;锻造操作机构型Ⅱ的升降和俯仰运动用由R和平行4R机构组成的串联运动链实现,其侧摆、侧移、大车前进方向的移动和侧向冗余移动用四自由度并联机构实现。然后采用基于螺旋理论的约束综合法综合了五自由度并联机构和四自由度并联机构,得到了数种无过约束和过约束五自由度并联机构,以及无过约束四自由度并联机构和过约束四自由度并联机构。     

面向并联机床的后置处理方法研究

在通用CAD/CAM 软件和后置处理软件的基础上,提出了面向2～5自由度并联机床的通用后置处理方法,并编写了面向5-UPS/PRPU并联机床的后置处理程序;在5-UPS/PRPU并联机床上进行了五角星零件的加工实验,验证了后置处理方法的可行性和正确性.     

遗传算法优化的线性二次型调节器控制下3-UPS并联机器人稳定性分析

通过对3-UPS并联机器人进行动力学建模与状态空间分析,基于遗传算法(GA)优化的线性二次型调节器(LQR)控制方法对其进行控制仿真,结合多体系统振动理论,并运用MATLAB软件和ADAMS软件联合仿真,分别对该并联机器人在动平台施加外部载荷、定平台施加随机振动,以及动、定平台施加复合干扰3种情况下机器人的末端稳定性进...     

5-UPS/PRPU冗余驱动并联机构的内力分析与协调

基于全雅可比矩阵和伪逆法求解了5-UPS/PRPU冗余驱动并联机构的内力,并提出了一种基于冗余驱动变刚度的协调内力的方法。通过求解机构的变形协调方程,得到机构的全雅可比矩阵的加权广义逆,从而求得该5-UPS/PRPU冗余驱动并联机构的内力表达式,通过有限元软件验证了该方法的正确性。以相应的5-UPS/PRPU冗余驱动并联机床为例,分析了冗余分支驱动刚度的变化对各个分支内力幅值的影响,进而提出了一种协调内力的方法。通过分析其内力随冗余分支刚度的变化分布情况可知,非冗余分支各个驱动螺旋以及冗余分支约束螺旋所对应的内力幅值可以通过在一定程度上增大冗余分支的驱动刚度来降低。该方法对机械结构设计人员以及控制系统搭建人员在提高系统精度、降低系统内力方面有重要的参考价值。     

ADAMS在并联机构运动学分析中的应用

针对并联机构的运动学分析计算,以3-UPS/UP型并联机构为例,介绍了应用动力学仿真分析软件ADAMS对其进行运动学仿真的方法与步骤。采用三维CAD软件Inventor建立了几何模型,以Parasolid格式导入ADAMS环境,对几何模型施加约束与激励,建立了并联机构的虚拟样机模型。并对模型进行了逆向与正向运动学仿真,快速准确地求得了并联机构的运动学反解与正解,大大简化了计算过程,为并联机构的运动学分析及机构设计提供了借鉴。     

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。     

基于4-UPS/CPC并联机构的多维调姿隔振平台设计

提出了一种用于轮腿式机器人载运车的多维调姿隔振平台,该平台以4-UPS/CPC并联机构为主体,辅以弹簧阻尼模块,将调姿与隔振功能相结合,以满足载运车在工作过程中的姿态调整和隔振需求.以并联机构的工作空间、静刚度和灵巧度为目标,进行了4-UPS/CPC并联机构结构参数的优化设计;建立了路面谱模型,使用差分预测算法对载运车...     

基于全局动力学性能的并联机床结构参数优化

提出了一种以并联机床动力学模型为基础的结构参数的优化方法。以6—UPS型并联平台机构支链为研究对象进行了运动学分析，给出了机构支链的运动学方程和速度加速度映射公式，以运动学为基础叙述了该机构动力学建模过程，建立基于全局指标结构参数优化模型，并对6—UPS型并联机床进行了优化计算。为检验结果的正确性，采用仿真机构运动的方法对优化结果进行了验证。     

基于工作空间的踝关节康复广义球面并联机器人运动学参数优化

为了解决现有踝关节康复机器人难以完全拟合人体踝关节运动的问题,在仿生学的基础上,提出了一种高匹配度的踝关节运动串联拟合模型,并研发了一款新型的三自由度广义球面并联机器人。为研究该并联机器人的拟合能力,基于螺旋理论分析了其自由度特性,建立了机构的运动学模型,并在逆运动学的基础上阐明该机器人具有部分解耦特性。根据机器人具有双球心的特点,求解了动球心和动平台可达工作空间。最后,以踝关节运动拟合模型的工作空间与机器人的工作空间的匹配度为目标函数,采用遗传算法对运动学参数进行了优化。对比研究机器人与模型的工作空间散点图,并求得有效工作空间比分别为0.79和0.86,结果表明优化后的广义球面并联机器人工作空间能够满足踝关节的运动要求。     

液压伺服驱动3-UPS/S并联稳定平台振动响应分析

考虑到并联稳定平台在重载情况下的振动问题,以液压伺服驱动3-UPS/S并联稳定平台为研究对象,基于虚功原理建立了稳定平台的动力学模型,并考虑实际工况,对动力学模型进行简化处理,得到了稳定平台的振动模型;为提高振动模型计算的可靠性,通过实验获得了机构的单分支实际刚度;在此基础上,采用脉冲激振法进行了稳定平台模态实验,对比固有频率实测值与理论计算值,验证了振动模型的正确性;最后分析了液压缸抖动对稳定平台运动的影响,以及空载和负载下稳定平台的振动响应,通过分析计算可知,机构的平稳性变差主要是由液压缸的抖动以及重载情况下稳定平台的受迫振动引起的。     

四足轮腿式移动机器人的步态分析及轨迹规划

针对外星复杂的地表环境,基于2-UPS/(S+SPR)R闭环并联机构,设计了一种四足轮腿式移动机器人。通过对比机器人在运动过程中的稳定裕度与重心调整量得到最优步态,利用ZMP法衡量了机器人在静步态下的稳定性,并用改进的复合摆线法规划了足端的运动轨迹。在整个运动过程中,机械腿运动平稳,速度、加速度变化较为平滑,不会出现对机械腿造成损坏的较强冲击;且在抬腿和着地瞬间,速度、加速度均为0,不会对机身产生冲击。分析结果表明,该四足轮腿式移动机器人运动灵活且平稳,适用于外太空的探测。