一种用于物流快递分拣的2-RPU/2-SPU并联机构设计

目的 针对目前大量的快递件需要进行分拣和搬运,为解决人力成本问题并提高物流线上的自动化程度,提出一种2-RPU/2-SPU并联机构。方法 用螺旋理论对此机构进行自由度分析,求出此机构的运动约束。通过闭环矢量法求出该机构的位置逆解和各个支链间的相互约束条件。通过逆解和约束对该机构的运动进行仿真,求出此机构的可达工作范围。结果 2-RPU/2-SPU并联机构具有两转两移（2R2T）4个自由度,分别是沿y_a轴移动,沿z_a轴移动,绕x_a轴转动,绕y_a轴转动,动作较灵活,工作空间范围较大,并且在机构运动过程中没有出现奇异位形的情况。结论 2-RPU/2-SPU并联机构具有较大的工作范围,可以在物流线上进行分拣工作,并且在分拣过程中可以实现快速、精准控制,工作过程较灵活,运动性能良好,其中2R2T的运动性能能更好地适应分拣机构斜置时的分拣。     

2-SPR/UPU新型并联机构运动性能分析

目的 针对流水线中对安全质量有要求的产品分拣过程,提出一种2-SPR/UPU并联机构为主体的机器人,用于产品的分拣与装箱,便于减少人力,提高效率.方法 首先用螺旋理论和修正的G-K公式对并联机构进行自由度的分析;其次采用封闭矢量法求解机构的位置反解;最后利用SolidWorks软件求解机构的工作空间,并在Matlab中进行编程绘制出机构的空间图.结果 该并联机构具有3个自由度(两转一移),在X,Y,Z 3个方向的空间运动范围分别是-35°～35°,-35°～35°,290～380 mm.机构的工作空间呈蜘蛛网状,内部连续无空洞,说明其工作空间没有奇异点的出现,运动性能良好.结论 2-SPR/UPU并联机构结构简单、平稳性良好且工作空间范围大,其具有的两转一移特性可以提高产品的检测分拣与装箱的效率.     

2-RPS/UCR并联机构的构型设计与位置分析

目的针对口罩包装线中,操作简单且重复性高的装盒工序采用人工成本过高情况,提出一种2-RPS/UCR并联机构用于口罩装盒工序。方法建立2-RPS/UCR并联机构的模型;采用螺旋理论的方法以及修正的G-K公式分析此机构所具有的自由度;机构的位置逆解可以采用闭环矢量法结合杆长的约束条件求出;该机构的工作空间通过Matlab软件求出。结果该机构可以实现两转一移的运动,其工作空间形状规则,范围较广,可以运用于口罩装盒。结论2-RPS/UCR并联机构工作稳定,具有良好的工作性能和连续无空洞的工作空间,可以满足口罩包装线中口罩装盒所需的运动和工作范围。     

3-CUR并联分拣机器人的运动学分析与仿真

目的我国传统的食品生产行业,以人工分拣为主,自动化程度低,需耗费大量的劳动力,设计一种3-CUR并联机器人,用于食品生产的快速分拣。方法运用螺旋理论分析了该机构的自由度数目和类型,并且用修正的Grubler-Kutzbach公式对该机构的自由度进行了验证。接着使用D-H运动链参数表示法和欧拉角表示法,求解该机构的位置反解,采用三维动态法和Matlab软件对该并联分拣机器人的工作空间进行了分析与仿真,最后利用ADAMS软件对该机器人的运动性能进行了仿真分析。结果该机构可以实现一平(沿z轴的平动)两转(绕x轴y轴的转动)的运动,工作空间大,可达范围广,没有出现奇异点,末端执行器各参数的运动曲线呈有规律的周期性变化,可满足分拣机器人所需的运动和工作范围。结论该机构运动性能优越,稳定性好,具有良好的工作空间,可实现食品生产过程中的高速自动扫描和分拣,在包装自动化领域具有潜在的应用价值。     

2-RPU/UPR并联机构的自由度与工作空间分析

目的 针对目前快递行业需要对大量物品进行分拣、包装,需耗费大量的劳动力,提出一种2-RPU/UPR并联机构进行运动学分析,得到其自由度和工作空间,考虑是否可以取代人工操作。方法 首先利用SolidWorks软件对2-RPU/UPR并联机构进行三维建模,然后利用螺旋理论进行分析,得到其自由度;接着通过运动链参数D-H表示法和欧拉角表示结合求解位置反解;最后,借助Matlab软件求出其工作空间,并改变动定平台半径比,分析工作空间变化情况。结果 2-RPU/UPR并联机构的工作空间范围比较广,形状规则,呈对称分布,动定平台半径比增大,工作空间也会随之增大。结论 2-RPU/UPR并联机构具有xy等2个转动方向和1个移动方向z,通过添加对应的控制程序,可以代替人工进行分拣、包装工作。     

三自由度并联分拣机器人的动力学建模与仿真

目的 针对自动化生产线上分拣机器人的动力可控性问题,提出一种2UU-UPU三自由度并联分拣机器人,以提高分拣的精度可控性。方法 分析该机器人的机构自由度,以及各参数之间的关系,基于闭环矢量法建立并联机构的运动学逆解模型;利用拉格朗日动力学方程推导该机器人的动力学表达式,并进行数值计算,采用Matlab Simulink和Adams进行动力学联合仿真,对理论值和仿真值进行误差分析。结果 揭示了该机器人动平台的运动规律,得到了驱动力矩曲线,理论值与仿真值的误差较小,3个驱动力矩的最大误差分别为0.379%、0.283%、0.146%。结论 通过验证可知,该机构具有较好的动力学特性,这为后续电机的选型和精准控制奠定了基础。     

应用于药品包装生产线的2-UPR/RSPR并联机构的工作空间分析

目的针对药品包装生产线后端对工人数量需求多、劳动强度大等问题,提出一种具有较大工作空间的2-UPR/RSPR并联机构,可应用于药品包装生产线的装箱和码垛环节。方法建立2-UPR/RSPR并联机构的螺旋矩阵,并应用G-K公式进行机构自由度的求解和验证,综合应用闭环矢量法和D-H法求解机构的运动学逆解。通过三维模型进行运动仿真获得机构的可达工作空间,联合使用SolidWorks和Matlab软件验证机构的工作空间。给出该机构在药品包装生产线上的应用实例。结果2-UPR/RSPR并联机构具有4个自由度,机构工作空间为双伞形,动平台最大执行角度可达90°,能满足药品包装的需求。结论2-UPR/RSPR并联机构应用于药品包装生产线的后端,不仅提高了包装效率,也提升了药品包装的智能化程度。     

2-RPU/UPS并联机构自由度和位置分析

目的 针对目前包装流水线末端需要对大量物品进行码垛和搬运,而生产线末端自动化程度不高等问题,提出一种2-RPU/UPS并联机构,并应用于包装流水线上后期物品拾取和码垛来提高工作效率.方法 首先用SolidWorks软件画出机构的三维图,然后用螺旋理论对该机构进行自由度分析,并用修正的K-G公式对该机构的自由度进行验证.用封闭矢量法求出该机构的位置逆解,并根据位置逆解和该机构之间的相互约束条件,运用Matlab软件编程求出该机构的可达工作空间.结果 2-RPU/UPS并联机构具有两转(绕x轴y轴的转动)一移(沿z轴方向的移动)3个自由度,拥有较大的工作空间,并且在运动过程中没有出现奇异点.结论 该机构具有较大的工作空间,自由度多,运动灵活,运动性能良好,可以应用于包装领域的码垛与搬运.     

(2-RPU/RPS)&R混联机构的工作空间及其分拣应用

目的 针对包装生产线上需对食品、电子元器件等产品进行分拣的功能需求,提出一种新颖的(2-RPU/RPS)&R混联机构.方法 基于螺旋理论建立2-RPU/RPS并联机构的螺旋矩阵,并用修正的Kutzbach-Grübler公式对所得自由度数进行验证.通过机构的结构特征建立约束方程,并采用闭环矢量法求出机构的位置逆解.然后利用粒子群优化(PSO)算法分析机构的位置正解.最后采用数值搜索法求解机构的可达工作空间.结果 (2-RPU/RPS)&R混联机构具有4个自由度(3R1T).在PSO算法实例中,分析得到了动平台位置正解的数值解和适应度曲线,工作空间连续且无空洞,满足分拣活动范围的需求,在给出的应用实例中表明(2-RPU/RPS)&R混联机器人能很好地应用于手机包装生产线中物体的分拣和抓取等工作.结论 (2-RPU/RPS)&R混联机构运动学性能良好、工作空间大、运行平稳,适用于包装生产线上具有不同方位的物品的分拣功能需求.     

基于2-UPR/UPRR并联机构装盒装置的运动性能分析

目的针对生产线上一类小包装84消毒液的装盒工序,提出一种基于2-UPR/UPRR并联机构的简易装盒装置,对该并联机构进行运动性能分析。方法基于螺旋理论对2-UPR/UPRR并联机构的自由度进行分析,并利用闭环矢量法算出该机构的位姿逆解;然后利用一阶影响系数法求解出该机构的速度关系式及雅可比矩阵,并利用ADAMS软件对其运动性能进行仿真分析;最后应用数值搜索法求解出该机构的工作空间。结果该机构的自由度为2R1T,动平台质心速度变化曲线光滑平稳,且始终保持在600 mm/s以内,实际装盒工作空间为一个尺寸为400 mm×400 mm的规则矩形。结论该并联机构的运动性能优异,能满足生产线上对小包装84消毒液的装盒要求,提高了生产效率。     

新型单支链含球铰闭环并联机构的位置分析

目的 鉴于4S闭环结构的优良运动性能,设计一种带球铰闭环的新型并联机构,并对其位置解及工作空间进行分析。方法 针对所设计的闭环并联机构,首先建立机构模型,然后用约束螺旋计算其自由度,其次基于数值法求解位置正反解,并通过相应运动算例验证其正确性,最后利用数值搜索法求解工作空间并进行分析。结果 动平台能够实现绕y轴转动、沿y方向移动和沿z方向移动的3自由度;闭环并联机构在约束参数范围内的工作空间连续稳定且没有出现空洞。结论 3条支链和4S闭环并联结构减少了过约束和奇异位型,且运动性能优良、运动空间大,在并联机床和工业机器人领域有可观的应用前景。     

一种含有闭环单元的并联机构运动学分析

目的针对自动包装生产线上快速、高精度的分拣,提出一种含有闭环单元的2-UPS/(S+SPR)R并联机构。方法利用螺旋理论建立2-UPS/(S+SPR)R的旋转矩阵,得到机构的自由度。采用闭环矢量法计算出机构的位置逆解。在SolidWorks中,通过Motion分析得到工作空间的所有数据点坐标,然后将全部的数据点导入Matlab,绘制出机构有效的工作空间。结果求解显示该并联机构有绕x轴转动、绕y轴转动和沿y方向移动等3个自由度,得到盾牌形弧状的工作空间。结论该机构具有较大的运动空间,且灵活性好,能够有效地提高包装工作效率。     

面向大型构件印刷的并联驱动双向转动机械臂运动学分析

目的 为实现工作臂末端到达平面或曲面内特定位置,提出一种应用于大型构件印刷的2–UCU/U并联驱动双向转动机械臂。方法 应用螺旋理论分析2–UCU/U机构的约束螺旋系,得出该机构的自由度,验证输入选取的合理性。利用封闭矢量法,求解得出机构的位置反解,建立速度雅可比矩阵。使用搜索法,借助Matlab求得机构的工作空间,分析机构输入与输出运动关系。结果 求解得到2–UCU/U并联驱动双向转动机械臂的工作空间,其形状为球形曲面;分析表明,该机构的运动为俯仰和偏航2个方向的转动。结论 驱动副的同向运动实现工作臂的仰俯运动,驱动副的反向运动实现工作臂的偏航运动,因此可使工作臂末端到达工作面所需位置,最终可使连于工作臂末端的工具在特定位置工作。     

空间4R球面机构作为转动副的3RPS并联机构运动学分析

目的设计一种新型3RsPS并联机构,使得机构可以输出3个转动自由度与3个移动自由度耦合的运动。方法根据机构的几何关系,在4R空间机构连杆运动学分析的基础上,建立该机构的运动学方程,使用消元法对其运动学正、逆解进行了求解。使用空间4R机构替换3RPS并联机构的转动副,使得该机构在初始位形下的结构,与3RPS并联机构等效。结果使用Matlab计算得到了运动学方程消元后方程的最高次数,从而得到了运动学正解最多的个数。该机构具有3个自由度,3个移动输出和3个转动输出耦合,机构的运动学正解最多有16个,这与3RPS最多拥有的正解数目一致。结论得到了一种新型的3RsPS机构,该机构的特征为RS副的转动轴线是在空间变化的,该机构的输出为三维移动伴随三维转动,具有此类运动模式的并联机构在不规则形状的产品分拣筛选时,具有一定应用前景。     

3-UPS/SP并联机构的逆运动学与可达工作空间分析

目的 针对目前包装领域大量物品需要进行人工点胶与喷漆的现状,设计一种3-UPS/SP并联机构应用于包装领域的点胶与喷漆,以提高工作效率。方法 运用螺旋理论对该机构进行自由度分析,并用修正的Kutzbach-Grübler公式对该机构的自由度进行验证。接着用封闭矢量法求出该机构的位置逆解,并根据位置逆解和该机构之间的相互约束条件,运用Matlab软件编程求出该机构的可达工作空间。最后对该机构在点胶与喷漆方面的应用进行了实例分析。结果 3-UPS/SP并联机构具有3转（绕x轴、y轴和z轴的转动）1移（沿z轴方向的移动）4个自由度,拥有较大的工作空间,并且在运动过程中没有出现歧义点。结论 此机构具有较大的工作空间,自由度多、运动灵活、性能良好,可以应用于包装领域进行点胶与喷漆。