一种基于角度传感器的6-UPS机构正向运动学分析方法

为了提高6自由度并联机构运动学正解的求解效率,增强求解方法的通用性,提出了一种6-UPS（universal-prismatic-spherical）机构的运动学正解算法．首先在6-UPS机构任意分支虎克铰处添加2个角度传感器,测量了虎克铰2个方位的旋转角度．再基于旋转矩阵构建12个方程,通过代数消元对其进行降次处理得到简易的一元二次方程组．最后,求得6-UPS机构的运动学正解．并通过具体数值算例验证所提方法,求出了确定的位置正解．该方法不仅降低了数据处理的难度,且能求得正解的唯一解,避免了并联机构正解存在多解的问题．     

2RPU_RPS并联机构运动学分析及仿真

从并联机构在实际应用中的运动控制出发,对2RPU_RPS构型的并联机构进行运动学分析及仿真。通过分析其结构约束条件,求解出机构的关节变量与末端姿态变量的关系,进而完成其逆运动学求解。在逆解的基础上,构建其正运动学模型。基于建立的运动学模型,分析其工作空间,并进行运动学仿真加以验证,为并联机构的实际应用提供理论指导。     

基于牛顿-欧拉方法的6-PUS并联机构刚体动力学模型

用牛顿—欧拉方法建立了 6 PUS并联机构的动力学模型 .为使动力学模型包含所有构件的重力和惯性力 ,以该并联机构的支链为研究对象 ,用D H方法建立了各构件的坐标系 ,推导出了支链运动学逆解的解析解 ,并给出了动平台的速度、加速度与各构件速度、加速度之间的映射关系 .然后 ,以动平台为研究对象导出了 6 PUS并联机构的动力学模型 ,并给出了动平台做圆周平动时各驱动力的变化曲线 ,为该类机构的动力学分析奠定了基础 .     

基于符号计算研究一类6-SPS并联机器人运动学正解问题

并联机器人运动学正解问题是一个重要而且难以解决的问题．本文利用符号计算工具,应用Ｄｉａｌｙｔｉｃ消元法,对一类６－ＳＰＳ并联机器人的运动学正解问题进行研究．得到一个变元多项式方程,给出了正解的解析解．在此基础上确定其工作空间,求出其解范围内全部实解．此种方法对于一般６－ＳＰＳ同样适用     

月球车桅杆机构设计与分析

在分析国外月球车桅杆机构的基础上,研制出三自由度桅杆机构．建立了桅杆机构的动力学模型．对桅杆机构运动学和动力学进行了分析,给出了桅杆机构的运动学和动力学方程．对动力学方程进行求解,得到了关节力矩曲线．     

高低频复合驱动的并联调姿隔振平台的运动分析

针对现有扰动补偿装置调姿和隔振功能分离的缺陷,研制了高低频复合驱动并联平台．通过多种复合驱动方式的性能比较,选用RRPRP构型的平面五杆机构作为复合驱动单元,并将机构构型确定为3-RRPRP-4S．运用约束螺旋理论来分析高低频复合驱动单元的等效形式以及机构的自由度．进而分别建立高频和低频2种驱动形式下的位置反解模型,其中对高频驱动形式下的分析应用逐步迭代法．基于旋量理论,构建2种驱动形式下的动平台与广义输入之间的1阶影响系数和2阶影响系数,进而得到从广义输入到动平台速度和加速度的线性映射．基于运动学分析结果,提出了瞬时锁定法作为机构的驱动策略,通过在高低频驱动下的数值算例对理论分析进行仿真验证,并进行了样机实验．结果表明,仿真曲线和理论曲线几乎完全重合,样机实验的复现率在93%～96%之间．因此,该平台应用高低频复合驱动的形式实现了调姿隔振的混合输出,突破了驱动器频率带对扰动补偿装置的限制,可对频率范围跨度较大的干扰信号进行补偿．     

基于符号计算研究一类6-SPS并联机器人运动学正解问题

并联机器人运动学正解问题是一个重要而且难以解决 的问题．本文利用符号计算工具,应用Dialytic消元法,对一类6-SPS并联机器人的运动学 正 解问题进行研究．得到一个变元多项式方程,给出了正解的解析解. 在此基础上确定其工作 空间,求出其解范围内全部实解．此种方法对于一般6-SPS同样适用．     

H形并联机构反向动力学分析及验证

对一种H形并联机构进行了运动学和动力学分析,求出了机构的自由度,运用叠加原理建立了机构的运动学逆解、速度和加速度模型.利用虚功原理建立了机构的反向动力学模型,在分析机械系统中各运动部件在虚位移下的广义力基础上,推导出其动力学方程.通过MATLAB与Adams联合仿真以及特性实验,验证了反向动力学模型的正确性.为相似并联...     

六自由度运动平台运动学建模与仿真分析

针对并联结构形式的六自由度运动平台,建立了其数学描述方法。通过引入点的复合运动分析理论,建立了平台的完整运动学关系。采用牛顿迭代法进行平台位姿的正解求解,并在此基础上利用解析方法解决了平台速度、加速度正解问题。根据六自由度运动平台的使用特点,提出了一种合理的牛顿迭代初值选择方法。仿真结果表明其迭代寻优次数不超过5次,寻优时间不超过2 ms。分析了计算运动平台包线的理论难度,提出了一种合理的可行方案,经过64次计算,耗时55 ms即完成了平台包线的解算。所建立的运动学模型已应用于某运动平台产品,并可延伸应用于其他并联结构机器人运动分析、并联机床等应用领域。     

3-PRC并联机构运动学分析及结构参数优化

根据3-PRC并联机构的结构特点,分析了并联机构的运动学逆解,通过牛顿迭代法得到并联机构的运动学正解。使用SolidWorks、MATLAB和Adams软件对并联机构进行三维建模和运动学仿真,并验证了并联机构运动学正反解的正确性。为了限制整体结构尺寸并获得较大的工作空间,对相关结构参数进行了优化,最终通过三维搜索法得到机构的工作空间。     

PSS 3-2-1正交并联机构动平台的位姿控制

提出了一种便于实现的,简单方便的控制策略,即基于新型正交六自由度并联机构动平台系统的运动学特性,首先对动平台的逆运动学进行分析,建立逆运动学方程,然后建立无刷电动机的数学模型,由给定的平台质心的预期轨迹,通过逆解解出各运动支链的位移矢量,将其作为由驱动电机和编码器构成的半位移闭环的系统输入量,设计了一个模糊PID自整定控制器,用控制器对支链杆长变化进行跟踪,最后进行仿真实验。结果表明了所设计的模糊PID自整定控制器比模糊PID控制器能明显地改善控制系统的动态性能,具有响应速度快,调节时间短,稳定性好,抗干扰能力强,可以快速跟踪给定杆长变化,提高了系统的动态性能,证明了该控制方法的有效性,为PSS 3-2-1正交并联机构动平台的控制奠定了基础。     

Observer-based backstepping control of a 6-dof parallel hydraulic manipulator

In this paper, a backstepping control strategy is proposed to control the 6-dof parallel hydraulic manipulator (Stewart platform) while incorporating an observer-based forward kinematics solver. Different from conventional control methods, the proposed control considers not only the platform dynamics but also the dynamics of the hydraulic actuator. One feature of this work is employing the observer-based forward kinematics solution to achieve the posture tracking goal successfully only with the measurement of actuators lengths. When designing the controller of hydraulic actuators, the friction compensation is applied to improve the performance. The stability of the whole system is thoroughly proved to ensure convergence of the control errors. Simulations and experimental results are presented to validate the hereby proposed results.     

3-RRRT并联机器人位置正向求解研究

研究一种3-RRRT型并联机器人机构的运动学正向求解方法。根据3-RRRT型并联机器人机构特点以及关节运动的取值范围,提出了以并联机器人支链中支杆的方向余弦和动平台绝对位置坐标为系统的广义坐标的方法,并详细地推导了3-RRRT型并联机器人运动学模型,通过进一步消除中间变量的方法最终获得了易于正、逆运动学求解的只包含3个驱动关节坐标与动平台3个绝对位置坐标的约束方程组。最后,运用基于Moore—Penwse广义逆的牛顿迭代格式编制了MATLAB运动学正向求解程序,并进行了运动学正向求解数值仿真,结果表明求解程序快速有效。     

Development and Evaluation of a 7-DOF Haptic Interface

With the development of human robot interaction technologies, haptic interfaces are widely used for 3D applications to provide the sense of touch. These interfaces have been utilized in medical simulation, virtual assembly and remote manipulation tasks. However, haptic interface design and control are still critical problems to reproduce the highly sensitive touch sense of humans. This paper presents the development and evaluation of a 7-DOF (degree of freedom) haptic interface based on the modified delta mechanism. Firstly, both kinematics and dynamics of the modified mechanism are analyzed and presented. A novel gravity compensation algorithm based on the physical model is proposed and validated in simulation. A haptic controller is proposed based on the forward kinematics and the gravity compensation algorithm. To evaluate the control performance of the haptic interface, a prototype has been implemented. Three kinds of experiments:gravity compensation, static response and force tracking are performed respectively. The experimental results show that the mean error of the gravity compensation is less than 0.7 N and the maximum continuous force along the axis can be up to 6 N. This demonstrates the good performance of the proposed haptic interface.      

用6-RUS型并联机构实现海上补给自动对接的关键技术

提出了用6-RUS型并联机构来实时调整对接喇叭口的位姿状态以实现海上补给中的自动对接.首先,对该机构支链的相对位置关系及约束进行了讨论,建立了该机构的逆运动学模型;其次,对该机构支链的受力情况进行了理论分析,基于凯恩方程建立了该机构的逆动力学模型;最后,对该机构在运动过程中电机输出转角及输出扭矩进行了数值仿真.仿真结果...     

冗余自由度超声检测机器人的逆运动学分析

针对一类冗余自由度超声检测机器人的传统逆运动学求解算法耗时长且准确度低的问题,提出了一种基于集合划分和解析解法相结合的逆运动学求解算法。首先采用De-navit-Hartenberg方法建立检测机器人的运动学方程;其次,利用解析解法求出机器人逆解的解析表达式,并提出三种自由度分配方案;最后,选择合适的自由度分配方案,据此对超声波探头位姿集合作划分,结合逆解解析式求出运动学逆解。实际应用中,借助十一轴超声波检测机器人,利用该算法对具有复杂外形的飞机螺旋桨叶片进行检测。结果表明,与传统的纯数值解法相比,该算法能够快速得到精确的运动学逆解。     

Autonomous mobile robots navigation using RBF neural compensator

This paper presents an approach to adaptive trajectory tracking of mobile robots which combines a feedback linearization based on a nominal model and a RBF-NN adaptive dynamic compensation. For a robot with uncertain dynamic parameters, two controllers are implemented separately: a kinematics controller and an inverse dynamics controller. The uncertainty in the nominal dynamics model is compensated by a neural adaptive feedback controller. The resulting adaptive controller is efficient and robust in the sense that it succeeds to achieve a good tracking performance with a small computational effort. The analysis of the RBF-NN approximation error on the control errors is included. Finally, the performance of the control system is verified through experiments.     

Stability of controllers with on-line computations

The dynamical systems theory developed by Zufiria [1], Zufiria and Guttalu [2, 3], and Guttalu and Zufiria [4] is applied to the stability analysis of control systems in which the feedback control law requires in real time the solution of a set of nonlinear algebraic equations. Since a small sampling period is assumed, the stability and performance of the controlled process can be studied with a continuous-time formulation. A singularly perturbed system is used to model both the dynamics of the system being controlled and a numerical iterative algorithm required to compute the control law. An updating control procedure has been proposed based on the iterative nature of the control algorithm. The results obtained by Zufiria [1] regarding the behavior of a dynamical system that models the numerical algorithms lead to a considerable simplification in the analysis. For the case of a control problem involving inverse kinematics, the numerical algorithm that solves for inverse kinematics can be considered as an observer (or an estimator) of the state-space variables. The study provides an estimate of the required speed of computations to preserve the stability of the controller.Recommended by E .P. Ryan     

Kinematics analysis of a novel all-attitude flight simulator

To overcome the kinematic singularity limitation of simulator, which is unavoidable in a three-axis architecture, an all-attitude flight simulator in a four-axis architecture is proposed. The simulator can always provide 3DOF motion by applying redundant manipulator mechanism. For direct kinematics of the manipulator, a dual-Euler method is adopted to solve the expressions of attitude angles; thus computation singularity of all- attitude angles is overcome. For inverse kinematics of the manipulator, pseudo-...