面向控制的3—RRR球面并联机构正运动学实时解法

以经典牛顿法为基础，针对3-RRR球面并联机构的机构学特点及控制中的特殊要求，提出了面向控制的高效迭代算法。利用机构运动连接性条件划分不同的控制阶段，当机构处于连续运动状态时，迭代结构中使用固定雅可比矩阵进行迭算，缩短了单步迭代时间，当机构处于非连续运动状态时，使用变步长策略，引入调整量系数，抑制了大偏置初值带来的求解振荡。给出的算例证明，应用上述策略的正运动学求解算法兼顾了较大范围的收敛性与局部求解的快速性，运算速度满足控制过程的实时性要求，该方法同样适用于其它少自由度并联机的正运动学求解。     

面向控制的3-RR球面并联机构正运动学实时解法

以经典牛顿法为基础,针对3-RRR球面并联机构的机构学特点及控制中的特殊要求,提出了面向控制的高效迭代算法.利用机构运动连续性条件划分不同的控制阶段,当机构处于连续运动状态时,迭代结构中使用固定雅可比矩阵进行运算,缩短了单步迭代时间;当机构处于非连续运动状态时,使用变步长策略,引入调整量系数,抑制了大偏置初值带来的求解振荡.给出的算例证明,应用上述策略的正运动学求解算法兼顾了较大范围的收敛性与局部求解的快速性,运算速度满足控制过程的实时性要求.该方法同样适用于其它少自由度并联机构的正运动学求解.     

3-RRP球面并联机构的运动学分析

对具有三条RRP分支运动链的3-RRP球面三自由度并联机构进行了逆运动学分析。该结构比较简单,可应用于工业机器人、并联机床、位姿调整器和少自由度微型模拟器等领域。提出运用Rodriguez参数对并联机构末端运动进行更简单、快速描述的新思路,建立了3-RRP并联机构的位置逆解模型和雅可比矩阵,并由笛卡尔坐标的离散化对机构的工作空间进行了分析。研究结果为进一步研究此种并联机构的刚度分析、动态性能、机构优化设计和系统控制等都有非常重要的意义。     

3-RRR平面并联机构刚度分析

刚度是并联机构重要性能指标,为了评价并联机构刚度,提出了一种刚度评价方法.基于3-RRR机构的逆运动学模型,推导出其雅可比矩阵.在力雅可比矩阵的基础上,给出了刚度评价指标,该指标不仅适用于3-RRR并联机构,而且可以应用于其它并联机构.将提出的刚度指标应用于3-RRR并联机构,数值仿真结果表明3-RRR机构在工作空间中具有对称的刚性.     

新型球面并联机构运动学分析及尺度综合

针对球面并联机构应用于机器人仿生领域时出现的耦合度高、控制不便、灵活性不足等问题,提出了一种具有半解耦特性的新型3分支球面并联机构。基于螺旋理论对机构进行了自由度分析,通过矢量法求解了机构运动学正反解并分析了机构的解耦特性。该机构具有绕X轴、Y轴、Z轴转动的3个自由度,其中,绕Z轴的转动仅由1个分支控制,其余两分支共同控制机构做绕X轴、Y轴的运动。基于微分变换法得到雅可比矩阵并讨论了奇异位形。以奇异位形和杆件干涉为约束条件,采用边界搜索法确定了机构的工作空间。基于机构的解耦特性提出了一种具有解耦系数的全域均值灵巧度,以工作空间和全域均值灵巧度为优化目标,采用粒子群优化算法（PSO）对机构结构参数进行了尺度综合。机构优化后,工作空间增大且在该空间内运动性能良好。研究为球面并联机构的样机设计和其他半解耦机构的尺度综合提供了理论依据。     

3-RRR并联机构灵巧度分析

利用SolidWorks建立了3-RRR机构的三维模型,对照三维模型采用D-H法建立了3-RRR机构处于任意位形的机构坐标系,运用螺旋理论计算出该机构的一阶运动影响系数即运动雅可比矩阵,参照运动雅可比矩阵奇异的特点,利用可操作数和条件数对3-RRR并联机构进行了灵巧度分析,得出了该机构的灵巧性特点。     

3PSS-S型并联机构的奇异轨迹研究

针对一种3PSS-S球面并联机构,建立了该并联机构的位置反解数学模型,推导了并联机构速度方程和雅可比矩阵的解析表达式。基于机构的雅可比矩阵,应用等高线方法绘制了并联机构的奇异轨迹曲线,并讨论了固定平台结构参数对并联机构奇异轨迹的影响。     

一类球面并联机构的速度与加速度分析

在传统的球面加工中刀尖的运动轨迹非真正球面曲线,而是通过插补逼近球面曲线.提出了一类具有较大工作空间的三自由度球面并联机构(SPM),其末端执行器可以沿球面曲线运动,因而可以加工出理论上真正的球面.该类SPM拥有相同运动学模型.文中给出了机构的三种具体结构,涵盖过约束和非过约束两种类型.通过适当选择机构几何约束以及末端...     

一种含复合球副4-dof并联机构运动学研究

设计了一种新型含复合球副4-dof并联机构,求解了该机构的自由度。根据机构的结构特点,基于矢量法分析了该并联机构中各构件的运动。针对少自由度并联机构部分驱动分支中存在的约束力/矩,利用观察法判断这种并联机构中存在的约束力/矩。基于约束力/矩建立了此类机构的Jacobean矩阵,并推导了机构的Hessian矩阵,建立了含复合球副4-dof自由度并联机构的运动学模型。利用先进CAD软件对机构的运动学模型进行了验证。为含复合球副少自由度并联机构动力学分析和刚度分析奠定了基础。     

三并联万向腕关节的运动学研究

提出了一种新型三并联万向腕关节机构,介绍了机构的工作原理,对机构的运动学问题进行了分析,建立了机构的矢量运动学模型,推出了相应的速度和加速度方程式,并得出机构的雅可比矩阵,为机构控制及动力学模型建立打下基础。理论分析表明,该机构的运动方程为显式,形式简单,计算量小,易于进行实时控制。本机构具有较大的工作转角,机构的运动平台不必承受末端执行器驱动电机的重量,运动更加轻便,易于实现实时控制,既可应用于机器人的腕关节,又可应用于数控机床的工作头。     

球面3-RRR并联机构动力学建模与鲁棒-自适应迭代学习控制

采用Lagrange方法建立球面3-RRR并联机构基于动平台姿态参数的动力学模型。考虑在计算过程中采用线密度、厚度忽略等近似计算及工作过程中机构的磨损等微小变化造成的参数不确定性,进一步建立带参数不确定性的动力学模型。针对其在振动测试中的重复性动作等特点及参数不确定性设计鲁棒-自适应迭代学习控制器,并对此控制器进行稳定性证明。该控制器利用自适应算法对未知定常数的强大学习能力来补偿系统动力学模型的参数不确定项;利用迭代学习算法对期望轨迹进行零误差重复跟踪。由于该控制器吸取了系统动力学模型的已知信息,避免了一般模型未知系统迭代控制时必须满足的Lipschitz约束条件。仿真结果表明,在此控制器的作用下球面3-RRR并联机构能够很好地重复跟踪期望轨迹。     

一种全局各向同性的三自由度转动并联机构

介绍了一种新颖的全局各向同性的三自由度转动并联机构的综合过程。该机构仅由转动副组成,可以实现三个独立解耦的转动自由度。以雅可比矩阵行向量的物理含义为基础,根据各向同性机构的数学定义,得到全局各向同性并联机构的充分必要条件,并以此为基础得到了全局各向同性的三自由度转动并联机构。最后,针对机构约束冗余的不足,进一步提出了避免过约束的改进机型。     

2-RRR+RRS球面并联机构超静定力学全解

针对2-RRR+RRS球面并联机构,利用拆杆法建立其4次超静定的静力学平衡方程;考虑构件弹性,利用小变形叠加原理,建立机构的4个变形协调方程。基于所建方程,利用MAPLE软件分析求得在不同输入力和力矩情况下,机构构件所受力与机构位姿关系曲线图,明晰了不同外力或外力矩输入情况下对机构影响的差异。研究结果为该机构的工程设计及实际应用提供了静力学理论基础和依据。     

一种用于腕关节的球面三自由度并联解耦机构位置分析

根据螺旋理论分析了并联球面解耦机构的自由度，应用空间球面解析理论，讨论了并联球面解耦机构的机构学特点，推导了位置正解及逆解，可以看出其解析形式简洁，便于分析和计算，为动力学和控制研究打下良好的基础。     

基于3-UPS机构并联机床的运动学分析

结合并联机床的机构特点,采用矢量法建立了3-UPS并联机床机构运动学模型,运用求导法推导了3-UPS机构的一阶影响系数矩阵,分析了机构的奇异性和平稳性。     

3-RRR 3自由度球面并联机构静刚度分析

3自由度球面并联机构是重要的少自由度机构之一,各支链的构件为球面上的弧杆,其刚度计算十分复杂.基于此,采用计算杆件变形的方法,利用小变形叠加原理,推得机构动平台的角位移、球心点线位移与各支链两构件上力的关系.利用机构静力学分析的结果,即支链两构件上的力与动平台上的外力关系,建立机构动平台、球心点位移与外力的关系.进而得到机构的整体柔度、刚度矩阵.采用正交变换方法,得到机构的6个主刚度指标,最大、最小刚度及所在的方向.研究结果表明,机构的主刚度及主方向随着机构运动位姿的变化而变化,远离零点逐渐增大,其中3个主刚度(即扭转刚度)较大,另3个主刚度(线位移刚度)较小,两者差距巨大.研究成果为该机构的工程设计和应用提供了理论基础.     

基于雅克比矩阵的并联机器人运动学性能分析

基于雅克比矩阵的机构运动特分析对于并联机构的设计具有重要指导意义。本文主要介绍3-UPS/RRR并联机构的运动特性,首先建立机构的雅克比矩阵,利用雅克比矩阵建立机构的可操作度指标,其次借助可操作度指标对在不同姿态下的机构可操作度进行评估。通过MATLAB仿真结果表明,该机构具有良好的可操作性能。     

一种新型6-DOF并联机构的运动学分析

提出了一种新型6自由度2支链并联机构:2-S*RU;其中S*为3自由度球面机构,为复合球铰,R为转动副,U为虎克铰。采用余弦矩阵方法得出了该并联机构的位置正反解的封闭解形式,其中正解的最终方程为一元4次方的多项式。采用余弦矩阵的优点是:第一,与欧拉角不同,方向余弦矩阵不会有任何有代表性的奇异位形。第二,在计算过程中不会出现三角函数,提高了计算效率。该机构可应用于机器人手臂,结构简单紧凑,易于实现模块化。     

基于ADAMS软件的3-RRC并联机器人运动学正解仿真分析

应用ADAMS软件建立3-RRC并联机器人模型,并进行运动学仿真,使用测量工具求得并联机器人位置逆解,使用样条曲线和样条函数通过仿真求得位置正解,借助于仿真软件求得运动学正解方法快速准确,为实际的样机调试和控制提供了有意义的借鉴。