并联机械手运动学分析及仿真

提出适合于焊接工作的6-PTS并联机械手,针对该并联机械手的性能、运动学、工作空间等问题进行了较为深入和系统的分析。基于Matlab软件对该机械手进行速度、加速度正逆解运动学分析与仿真,确定运动平台的工作空间并进行仿真。根据仿真结果分析机械手各个关节的运动状态,得到所需的理论数据,并分析该机构主要参数对工作空间的影响。最后进行了腊模加工方式模拟焊枪运动实验。实验结果表明:该机械手运动平台灵活空间较大,可以满足焊接需求。     

新型完全各向同性3T并联机构及其特性分析

针对并联机构耦合带来运动学分析与控制困难的问题,提出了一种新型完全各向同性的三维移动并联机构,该并联机构动平台和静平台之间由3条支链连接,3条支链的第一个移动副在空间中呈正交分布,使得该机构的动平台具有3个移动自由度,且输入输出一一对应。这种机构最突出的优点是运动副简单,三维移动解耦,运动学分析简单,便于该机构运动控制设计。采用螺旋理论分析了该机构的自由度及性质,确定了机构的主动副,给出了机构的位置和速度正反解,分析了机构工作空间及运动性能。根据机构输入输出关系,求得机构雅可比矩阵,验证了机构具有完全各向同性。研究结果对该机构的进一步应用具有理论指导意义。     

基于单开链单元的2T-2R并联机构正运动学分析

提出了空间并联机构正运动学速度、加速度分析的一种新方法———序单开链(SOC)法。该方法依据机构的拓扑结构特征,采用相同的序单开链分解线路,建立了与机构位置分析模型相统一的机构速度、加速度分析模型,得到了维数恰等于机构耦合度的并联机构速度、加速度方程。以一种2T-2R并联机构为实例,给出了其速度、加速度分析。     

3-PRC三维平移并联机器人机构的运动学分析

讨论了具有三平移自由度的3—PRC并联机器人机构的运动分析。基于机构运动约束方程,得到机构位置逆解的解析表达式;通过对刚体平面运动和点的合成运动分析,建立机构控制构件与动平台速度和加速度关系,并以显函数的形式表示;运动学解形式简单,便于实时控制。     

起重机6自由度IRPMs柔索牵引并联机构绳索特性及运动轨迹规划

针对起重机6自由度IRPMs柔索牵引并联机构运行过程中绳索特性及运动轨迹规划问题,建立6自由度柔索牵引并联机构运动学模型,采用运动学分析方法,基于D'Alembert理论提出满足大部分工作空间条件的柔索特性计算方法,并以起重机并联机构末端动平台能实现空间螺旋线轨迹为目标,进行运动规划。研究结果表明,动平台举升过程中柔索长度整体呈现下降趋势,合成方向速度、加速度始终大于各柔索速度、加速度,由于各项指标数值上均呈现平稳变化趋势,故系统符合实际运用中对动平台运动平稳性要求;动平台举升过程中各方向和合成方向上整体位移速度、加速度均呈现周期性变化,且变化较小仍能满足平稳性要求;动平台在举升过程中,由于柔索与x、y、z方向的夹角相对减小,系统中各柔索拉力均呈现相对增长趋势。     

3-PCR并联机器人机构的运动学分析

对一种新型的空间三平移并联机器人机构进行了运动学研究。基于机器人机构的约束方程,求得该机构的位置反解;使用Bezout消元法得到该机构的位置正解的解析解,并通过实例验证了其正确性;建立了三个输出运动参数与三个输入运动参数之间的速度和加速度关系的数学模型,得到机构速度、加速度正反解;通过算例及仿真对所规划的运动轨迹进行验证。     

一种三维移动并联机器人机构及其运动学分析

根据方位特征集理论和并联机器人机构组成原理,提出一种能实现空间三维纯移动的并联机器人机构,对其进行了结构特性和运动学的分析,给出了该机构位置正解和逆解的分析方法以及相应的数值算例;对该机构的速度、加速度进行了分析;最后进行了机构工作空间的分析,建立了工作空间模型。该机构结构简单,易于控制,有较好的应用前景。     

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。     

一种新型3-UPS/UPR并联机构运动学分析及应用

在4-SPS/CU并联机构的基础上提出了一种具有空间3个转动和1个移动自由度的新型3-UPS/UPR并联机构。减少了原有机构的奇异位型和对结构参数的限制,使机构的控制方案得以简化;计算了该并联机构的自由度,对其进行了运动学分析,得出了该机构输入与输出之间的映射关系;给出了该机构的位置反解,导出了该机构运动的Jacobian矩阵与Hessian矩阵;分析了该机构的速度、加速度以及工作空间。将此机构运用于人形机器人的颈部关节处,并对机器人头部在完成指定运动形式时机构的运动学性能进行了分析。     

并联机构压纹机运动学研究及仿真分析

为了解决当今市面上现有的压纹机所出现的一些问题,提出了一种结构合理、控制简单的新型并联机构压纹机。介绍了该压纹机的整体结构方案和突出特点,论述了该机构在实际生产生活中的可行性和实用性。介绍了并联机构压纹机的机构组成和机构模型的建立,并建立了运动学数学模型,得出其运动学正逆解的解析形式,对其位置、速度和加速度做解析推导。通过Adams分析软件,对机构的运动进行分析,得出机构输入与输出构件的运动规律曲线图,并对运动规律进行分析,掌握其运动特性。通过对并联机构压纹机的运动学研究及仿真分析,为该机构的进一步研究和优化提供参考。     

2-CRR/PSS并联机器人机构的运动学分析

根据并联机器人机构结构综合理论,提出一种能够实现空间三维移动的并联机器人机构——2-CRR/PSS并联机构,运用方位特征集法对其进行了结构特征分析及自由度的计算,建立了机构运动学数学模型,给出其位置正逆解、速度、加速度的分析方法,机构的运动学模型为该机构作进一步的运动学动力学分析及优化设计研究打下基础,并为系统控制提供理论依据。     

On the instantaneous acceleration of points in a rigid body

This work re-examines some classical results in the kinematics of points in space using modern vector-matrix methods. In particular, some very simple Lie theory allows the velocities and accelerations of points to be found in terms of the instantaneous twist of the motion and its derivative. From these results many of the classical results follow rather simply.Although most of the results are well known, some new material is presented. In particular, the discriminant curve that separates cases with one or three real acceleration axes is found and plotted. Another new result concerns the chords to the cubic of inflexion points. It is shown that for points on such a chord the osculating planes of the point's trajectories are parallel. Also a new result is found which distinguishes between cases where the Bresse hyperboloid of points whose velocities and accelerations are perpendicular, has one or two sheets.     

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。     

Numerical kinematic analysis of the standard macpherson motor-vehicle suspension system

In this paper, an efficient numerical algorithm for the kinematic analysis of the standard MacPherson suspension system is presented. The kinematic analysis of the suspension mechanism is carried out in terms of the rectangular Cartesian coordinates of some defined points in the links and at the kinematic joints. Geometric constraints that fix the distances between the points belonging to the same rigid link are introduced. The nonlinear constraint equations are solved by iterative numerical methods. The corresponding linear equations of the velocity and acceleration are solved to yield the velocities and accelerations of the unknown points. The velocities and accelerations of other points of interest as well as the angular velocity and acceleration of any link in the mechanism can be calculated.     

冗余自由度机器人性能指标的二次特性及其优化方法

指出了冗余自由度机器人优化的多种性能指标及其加权综合指标对单个关节的关节加速度具有二次抛物线关系。由此，提出一种通过对抛物线插值寻求综合性能最优解的方法。同时，本文还将冗余自由度机器人运动学和动力学求优化解的过程，转化为非冗余自由度机器人运动学和动力学求解，以便直接利用各种高效率的非冗余自由度机器人计算方法。     

Joint coordinate method for analysis and design of multibody systems: Part 1. System equations

This paper presents a method, known as the joint coordinate method, for the computer aided design process of multibody systems. The relationship between joint and absolute velocities is described by a linear velocity transformation matrix representing the system kinematics. Joint coordinate method can generate a minimal set of equations of motion in terms of the generalized joint accelerations. This method can also yield reaction and actuator forces acting at the kinematic joints that are necessary for forward and inverse dynamics analyses. Applications of this method to static equilibrium and design sensitivity analyses are also studied. Comparisons between the absolute and joint coordinate formulations are given in terms of their computational efficiency.     

Kinematics analysis and numerical simulation of a manipulator based on virtual prototyping

Manipulator kinematics refers the analytical study of the motion of manipulator, such as positions, velocities, and accelerations of the links of a manipulator. As formulating the suitable kinematics models for a manipulator is very crucial for analyzing the behavior of manipulators and light weight design of manipulators, many researches have been focused on it in recent decades with a result of many valuable contributions. However, current researches always focus on rigid manipulator, while the manipulator is always a rigid-flexible coupling multibody system, which can affect the accuracy of kinematics analysis and numerical simulation. This paper proposed a model of kinematics analysis of manipulator based on rigid-flexible coupling virtual prototyping. After a model of manipulator kinematics based on the D-H method was proposed, rigid-flexible coupling virtual prototyping-based kinematics simulation and numerical simulation was then put forward. The kinematical experiment is carried out based on manipulator physical prototyping, which demonstrates that the accuracy of the kinematics calculation and the rationality of design based on rigid-flexible coupling virtual prototyping. The design of a five-degrees-of-freedom manipulator is given as an example, which demonstrates that the methodology is obviously helpful to manipulator design.     

Planning of manipulator motion trajectory with higher-degree polynomials use

The paper presents a planning mode of trajectory motion for serial-link manipulators with higher-degree polynomials application. The linear acceleration profiles of end-effector, for each coordinate, were planned as the polynomials of degrees 9, 7 and 5. To build a polynomial form, the properties of the roots multiplicity were utilized. This approach to polynomial form structure necessitates the determination of only one polynomial coefficient, irrespective of its order. Time courses of displacements, velocities, accelerations and jerk for the rectilinear path of end-effector motion for a three degrees of freedom (DOF) manipulator were presented. An inverse kinematics problem was solved and on this basis the runs of displacements, velocities, accelerations and angular jerks of each kinematic chain link were established.     

一种三自由度串并联结构旋转台的动力学分析

对三自由度旋转台进行了动力学分析。该旋转台只有3个方向的转动自由度,由二自由度球面并联机构和串联在其上的旋转电机构成。根据旋转台的几何和运动特性建立了系统的输入输出速度方程,得出了速度Jacobian矩阵和动能方程。利用拉格朗日法和虚功原理,建立了系统的动力学模型,解决了特定外载荷和速度、加速度条件下如何求解驱动力矩的问题。给出了动力学的仿真运算实例,讨论了在匀速和匀加速情况下,二自由度球面并联机构驱动力矩的变化。最后根据动力学方程,得出了串联在二自由度球面并联机构上的第三个自由度的力矩与输出转角的运动学方程。     

平面并联机构的残余振动控制

针对残余振动限制并联机构高速、高精度应用必须抑制残余振动的特点,以一个2自由度平面并联机构为研究对象,研究抑制其残余振动的方法。采用矢量法进行运动学分析,推导出动平台和各支链的速度和加速度,进而利用虚功原理建立动力学模型。为减少电动机动态对整个动力学系统的影响,每个输入轴分别单独设计一个PD(比例—微分)控制器,整个动力学系统包括这些PD控制器。根据试验测得的系统固有频率和阻尼比设计ZV(零振动)整形控制器。为验证ZV整形控制器的效果,对动平台单步移动情况下并联机构的响应进行仿真。仿真表明,输入整形控制可以显著减小并联机构中的残余振动,这种控制方法同样适用于其他类型的并联机构。