绳索-弹簧机构工作空间分析

对于绳索牵引并联机构,因绳索只能承受拉力而不能承受压力,因此完全约束的n自由度绳索牵引并联机构至少需要由n+1根绳索来驱动,冗余驱动会导致成本增加,绳索拉力求解复杂。绳索牵引并联机构中,在末端执行器与机架之间选择适当位置引入弹簧,构成绳索-弹簧机构,由弹簧来提供被动力,则可以实现绳索驱动器与自由度数目相同的可控绳索-弹簧机构。以平面3根绳索1根弹簧机构为例,建立模型,求解可行工作空间,分析弹簧参数对绳索-弹簧机构可行工作空间的影响,采用遗传算法对机构构型进行优化,并对比分析优化前后的工作空间指标。结果表明,绳索-弹簧机构在构型优化选择适当的弹簧参数后,可以显著改变工作空间及其质量,为后期规划动平台的运动轨迹提供参考。     

绳牵引并联机构的研究概况与发展趋势

总结了近20年来关于绳牵引并联机构的研究概况和研究内容；论述了绳牵引并联机构的构型、工作空间、刚度和冗余性等方面的研究；分析了绳牵引并联机构的应用前景与发展趋势，指出了绳牵引并联机构在建筑机器人、虚拟现实的力反馈装置和触觉装置、大型运动仿真器、大型射电望远镜、超高速机器人、超大工作空间的轻型机器人和风洞试验等领域的应用前景，展望了绳牵引并联机构的预期研究内容。     

3自由度绳索牵引并联机器人的工作空间分析

给出了所设计的平面1R2T三自由度绳索牵引机器人模型,建立了其运动学的逆解模型.在时机器人进行可达工作空间分析的基础上,提出了一种基于矢量封闭原理的可控工作空间;同时在MATLAB环境下采用Monte-Carlo方法对可达工作空间和可控工作空间进行了仿真.仿真结果表明机器人的可控工作空间都落在可达工作空间范围内,验证了可控工作空间分析方法的可行性.该方法也适用于多自由度的绳索牵引并联机器人.     

6自由度含弹簧被动支链的绳牵引并联机构工作空间分析

为分析含弹簧被动支链的绳牵引并联机构工作空间特性,建立机构静力学模型,提出一种能直观反映绳牵引并联机构姿态空间大小的评价指标,以含2根弹簧支链的6索6自由度绳牵引并联机构为例,分析弹簧支链参数对机构工作空间性能和工作空间形状的影响。针对引入弹簧支链后出现的工作空间形状缺陷,建立缺陷部分混合位置因子-范围因子罚函数模型,并通过理想点法与遗传算法结合的方法实现了机构工作空间性能多目标优化。结果表明：通过罚函数法在优化中有效消除了可能出现的机构工作空间形状缺陷;含弹簧支链的绳牵引并联机构优化中选择适当弹簧参数,可以显著提高工作空间体积与动平台转动范围。     

6自由度绳牵引并联机构的运动轨迹规划

首先,基于6自由度绳牵引并联机构的运动学逆解模型,给出了可用于运动轨迹规划的绳的速度和加速度 的一般结论:绳的速度值始终不大于动平台上相应铰链点的速度值;而正的绳加速度值始终不大于动平台上相应 铰链点沿绳拉力方向的加速度值。接着,提出一种适用于大部分工作空间的绳拉力的计算算法。然后,选择一个 结构紧凑的6自由度完全约束定位机构,以末端执行器能实现空间螺旋∞型的轨迹为目标,进行运动规划,研究 绳的运动特性。仿真结果验证了以上所得到的一般性结论。同时表明,一些绳的拉力的变化不大;而另外一些绳 的拉力的变化很大。这些运动轨迹规划的仿真结果,能为以后该机构的运动控制方案的研究提供依据。提出的运 动轨迹规划方法对一般的6自由度绳牵引并联机构都适用。     

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.     

绳牵引并联机构的工作空间优化

采用一种简单的绳拉力计算算法,提出比例系数、质量系数和全局质量系数来衡量工作空间的大小和形状。并针对1个CRPM和1个RRPM的3R3T绳牵引并联机构,比较其动平台处于同一主位姿时工作空间的大小和形状。结果表明:CRPM的平动工作空间比RRPM的大,而转动工作空间比RRPM的小;CRPM的转动工作空间的全局质量比RRPM的大,而平动工作空间的全局质量比RRPM的小。可见,可根据预定的工作空间的大小和形状,通过改变构型配置和机构尺寸来获得优化的构型。     

一种绳牵引并联机构的拉力分布方法

指出了绳牵引并联机构的拉力应满足的一些条件，提出了一种新的拉力分布方法。该方法把绳的拉力分为有效部分和无效部分，使有效部分非负和让无效部分取较小的正值，可确保满足绳拉力大于零的条件，且拉力的分布更加合理，并且两自由度并联机构加以说明，最后用仿真实例加以证实。     

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。     

三自由度刚柔耦合并联机器人位置解和工作空间研究

针对现有并联机构中存在的如惯量大、工作空间小等缺点,采用柔索代替连杆作为并联机构的牵引元件,引入柔索并联机构的设计理念,将二者结合在一起,研究了一种基于刚柔耦合驱动的并联机构新构型,充分发挥两种机构的优点来提升机构的特性,既具有并联机构高刚度、高精度和高负载能力的优点,又具有柔索机构低质量的优点,同时,没有铰链转角的限制而增加了机构的工作空间。     

KINEMATIC DESIGN OF A RECONFIGURABLE MINIATURE PARALLEL KINEMATIC MACHINE

The kinematic design of a reconfigurable miniature parallel kinematic machine is dealt with. It shows that the reconfigurability may be realized by packaging a tripod-based parallel mechanism with fixed length struts into a compact and rigid frame with which the different configurations can be formed. Utilizing a dual parameter model, the influences of the geometrical parameters on the dexterous performance and the workspace/machine volume ratio are investigated. A novel global performance index for the dimensional synthesis is proposed and optimized, resulting in a set of dimensionless geometrical parameters.     

Delta并联机构精度标定方法研究

以Delta并联机构为对象,研究一类含平行四边形支链的3自由度并联机构误差建模技术,所建模型可有效分离出影响末端姿态误差的几何误差源。在此基础上提出一种精度标定方法,该方法利用并联机构操作空间与关节空间非线性映射的性质,仅需检测末端沿z向的位置误差、以及在初始位形下的姿态误差便可识别出几何参数,并可通过修改系统输入实现末端位置误差补偿。给出算例以验证该方法的有效性。     

线驱动拟人臂机器人逆向运动学分析

基于最新人臂仿生理论和并联机器人研究的成果,提出一种线驱动7-DOF冗余手臂的设计方案.线驱动机构具有高刚度、高精度、高负载能力的优点,可以克服常规串联机构的缺点.介绍这种新型线驱动拟人臂机器人具体的结构,利用旋量理论描述机器人运动,在绳索张力条件的约束下,分析肩关节的工作空间.针对7-DOF机器人的逆运动学求解问题,先采用关节速度再分配法求关节速度逆解;然后与Paden-Kahan子问题法相结合,取得具有冗余控制的位置逆解,求出在给定位姿时各关节角的角度;再由关节角与绳长的关系解出各关节处驱动绳索的长度,并分析肩关节运动对腕、肘关节的耦合影响.最后在ADAMS下进行仿真,采用直线插补算法,动画图形实时显示机器人的运动情况,证明逆向运动学算法的正确性.     

STUDY ON ISOMORPHISM OF PLANAR KINEMATIC CHAINS

ＳＴＵＤＹＯＮＩＳＯＭＯＲＰＨＩＳＭＯＦＰＬＡＮＡＲＫＩＮＥＭＡＴＩＣＣＨＡＩＮＳＳＴＵＤＹＯＮＩＳＯＭＯＲＰＨＩＳＭＯＦＰＬＡＮＡＲＫＩＮＥＭＡＴＩＣＣＨＡＩＮＳＬｉＷｅｎｈｕｉ；ＺｏｕＨｕｉｊｕｎ；ＣａｏＺｈｉｋｕｉ（ＳｈａｎｇｈａｉＪｉａｏｔｏ...     

一种冗余机器人逆运动学求解的有效方法

针对7自由度冗余机械臂的逆运动学提出了一种新的求封闭解的方法。保证系统实时性的前提下采用二次计算法,在梯度投影法得出优化不精确解的基础上,根据系统结构特点用固定关节法进行再次计算,最终得到一组精确的优化解。既充分利用了系统的冗余特性又大大提高了计算精度。以7自由度仿人机械手臂为例具体阐述了这种方法。从手臂末端轨迹精度方面对梯度投影法和二次计算法的仿真结果进行了比较分析,说明了二次计算法在提高末端精度方面的有效性,并通过试验证明算法可以满足一般机器人系统的实时性要求。     

应用旋量原理作空间操作手的运动分析

文中运动分析问题系采用表征连杆机构和操作手杆件的位置旋量来求解。采用矢量和矢量矩的结合形式,可使分析中的算法公式有写得更为简洁。本文对在空间任意布置的矢量导出了确定位置、速度和加速度的新递推算式。由这些普遍公式很容易导出在空间有特殊布置矢量的递推算式。     

平行多回路机器人机构的瞬时螺旋运动

本文分析了6自由度平行多回路机器人机构的瞬时螺旋运动,建立起6个输入运动与机器人端执行器或机构中其他构件的瞬时运动关系的显表达式。所有导出的公式十分简明,便于应用,文章后部还将这种方法推广到一般空间非平行多回路机构。     

考虑运动副间隙时二辊冷轧管机的动力学分析

利用Ｋａｎｅ方法对二辊周期式冷轧管机建立了新的动力学模型，该模型考虑了运动副的间隙，因此比现有的模型更为准确，而且简单．据此可准确地揭示有间隙的运动副内发生的分离和冲击特性，这对解决高速、长行程轧机的设计问题有重要的意义。     

高低速凸轮机构通用运动方程

提出了高低速凸轮机构从动件运动的通用方程。方程由三角函数和多项式组合而成,只要改变参数就可以得到满足各种要求,比如跃动值连续的运动方程,有利于凸轮机构设计编程和优化。     

塑料优化分选设备风选运动特性分析和试验

提出对生活垃圾中回收价值高的废旧塑料进行优化分选的新工艺,研究塑料分选的工作机理,建立垃圾分选成分在分选设备中运动的数学模型.研究垃圾堆密度、气流速度、气流倾角、分选区高度与分选率的关系,确定了比较理想的参数取值范围.研制塑料分选试验台,并采集生活垃圾进行大量试验,验证了理论分析结果的合理性.确定塑料分选设备的结构参数和最佳运行参数为,水平送风时的最佳风速13～17 m/s,最佳气流倾斜角14°,这些参数为塑料分选设备的设计和制造提供了理论支持,能使生活垃圾中的塑料分选率达到85%以上.