平面2自由度驱动冗余并联机器人的性能分析

以一种平面2自由度驱动冗余并联机器人为研究对象,对该机器人机构尺寸进行量纲一化,给出反映机构几何参数变化范围的空间模型,建立机构的运动学方程,得到位置反解和速度雅可比矩阵。定义并计算机器人的全域性能指标,探讨机器人的雅可比矩阵条件数、承载能力及刚度等全域性能指标与机构杆件尺寸之间的关系,并在空间模型内绘制相应的性能图谱;根据性能图谱,总结三种性能指标在空间模型内的分布规律,分别给出每种性能指标值较好的机构尺寸范围;最后对三种性能指标较好的尺寸范围进行了综合,得到同时考虑三种性能指标优化的最佳尺寸范围。这些图谱使机器人依据运动学性能指标进行优化设计成为可能,图谱分析为实现并联机器人机构设计的计算机辅助设计提供了一种简单、有效途径。     

平面三自由度并联机器人理论工作空间与机构尺寸关系研究

以一种平面三自由度并联机器人机构为研究对象,对其机构尺寸进行量纲一划,给出反映机构尺寸参数变化范围的设计空间,求得其封闭运动学反解。利用运动学反解存在条件和设计空间,计算该机器人机构理论工作空间并绘制理论工作空间性能图谱,建立了机构理论工作空间与机构运动学尺寸之间的一一对应关系。总结该机器人理论工作空间性能指标在设计空间内的分布规律,给出了理论工作空间较大的机构尺寸范围。这些图谱是该机器人机构优化设计的重要参考依据。     

FANUC M420iA机器人动力学性能分析与仿真

利用同时基于Jacobian和Hessian矩阵机器人动力学性能指标及预期相应的串联机器人加速度全局性能指标,对 FANUC M420iA(FMA)机器人机构进行了分析,给出了运动学和动力学性能指标的图谱,探讨了不同尺寸之间的性能差异.最后,利用OpenGL进行了实体仿真,验证了数值模拟的速度和加速度性能指标的正确性,为机构的优化设计提供了理论依据.     

平面2自由度驱动冗余并联机器人的输出速度分析

机器人的性能分析是机器人机构设计的前提和基础。以一种平面2自由度驱动冗余并联机器人为研究对象，根据该并联机器人机构的空间模型和运动学反解，探讨了该并联机器人机构的末端输出速度性能指标与杆件尺寸之间的关系，并绘制了相应的性能图谱，这些图谱是该并联机器人机构设计的重要参考依据。     

一种球面冗余并联机器人机构设计的基础研究

提出了一种基于球面机构的二自由度驱动冗余并联机器人。建立了该球面并联机器人机构的约束方程，进行了运动学分析；建立了该球面并联机器人的设计空间，探讨了其机构的工作空间面积性能指标与杆件尺寸之间的关系，并绘制了相应的性能图谱。这些图谱是该并联机器人机构设计的重要参考依据。     

一种平面二自由度并联机器人的设计空间及其灵巧性分析

提出一种新型平面二自由度并联机器人机构,其运动平台具有较小的惯量,且其输出为平面内的平动。以不同于传统的分析方法,综合考虑机器人驱动滑块的行程与机器人机构的几何尺寸,对它们量纲一化,得到了该机器人的设计空间。在设计空间内计算灵巧性性能指标值,并绘制了该机器人的灵巧性性能图谱。灵巧性性能图谱反映了该机器人灵巧性性能指标与机器人运动学参数之间的一一对应关系。该灵巧性性能图谱对于该新型机器人机构的设计是极为有用的,这里提出的新方法也为以移动副为驱动的并联机器人的机构设计提供了一种简单、全面而有效的新途径。     

一种平面冗余驱动并联机器人的优化设计

以一种平面2自由度冗余驱动并联机器人为研究对象,在已有文献对机构的空间模型、运动学方程、工作空间和运动学性能指标分析的基础上,提出了全域性能指标和局域性能指标的概念,讨论了各种局域性能指标之间的关系,并结合运动学性能指标,在各种性能指标综合最优的基础上进行了机构尺寸参数优化设计,优化出尺寸参数范围,并选取典型尺寸设计实际机器人机构;再利用实际机器人机构的各项全域性能指标值和局域性能指标在可达工作空间内的分布,首次提出了组装构型优化概念,在反解多的机器人机构设计中选择最佳反解组装构型.     

基于综合性能指标的喷涂机器人机构尺度优化

从运动学全域条件性能指标和运动学全域性能波动指标两方面对串联机器人运动学性能指标进行了分析,在此基础上对喷涂机器人的运行学性能指标进行求解,同时进行机构尺度优化,并通过运动学仿真进行验证。经过机构尺度优化后的喷涂机器人运动更平稳,控制精度更高,确认了方法的可行性与效果。     

3-RUU微动并联机构的尺寸型模型及性能图谱

基于伪刚体模型及运动学参数的量纲一化,建立了3-RUU微动并联机构的尺寸型模型,该模型在有限区间内给出了3-RUU微动并联机构所有可能的尺寸参数组合,模型空间内的任意一点代表具有相同或相似运动性能的同一族机构。结合对微操作运动性质的分析,提出了作业空间体积值、作业空间形状值及常值雅克比矩阵条件数等三种描述微动机构运动学性能的评价指标,并根据尺寸型模型及定义的性能指标绘制了反映机构性能与尺寸参数关系的性能图谱。     

6-HURU并联机器人机构运动学和动力学性能指标分析

通过改变6-HURU并联机器人机构尺寸得到了包含121个机构的机构组，综合利用每个机构在其工作空间内不同位形采样点的一阶、二阶影响系数矩阵，研究了该并联机器人机构不同尺寸下运动学和动力学性能指标，突破了以往只考虑一阶影响系数矩阵研究所产生的局限性，根据所得的全域性能图谱探讨了不同尺寸机构之间的性能差异，进行了验证。     

多杆机构滑块运动学特性研究

在系统地研究多杆机构滑块运动学特性的基础上,主要分析了主曲柄的初始位置对多杆机构滑块轨迹的影响。文中利用运动学和计算机技术相结合的手段,绘制了主曲柄不同初始角度时滑块的轨迹图谱,并最终给出了滑块的运动特性曲线。该研究成果对确定机构的构型提供了理论上的支持。     

LR-Mate机器人动力学性能分析

给出评价5自由度串联机器人机构同时基于Jacobian和Hessian矩阵的加速度性能指标,进而得到5自由度串联机器人机构全域性能指标及全域运动性能波动指标。利用上述指标对LR-Mate机器人的加速度性能进行分析,绘制相关图谱。通过对试验结果进行理论分析,发现针对机构尺寸对机构性能的影响进行分析时,Hessian矩阵对机构加速度性能指标有着更重要的影响。最后,利用Matlab软件对LR-Mate机构进行动力学实体仿真,并给出速度、加速度仿真图谱,所得结果与理论分析结果完全一致,验证了理论分析的正确性和指标的可行性。     

非圆齿轮型间歇转动机构的设计与运动特性分析

针对现有的间歇转动机构传动性能的缺陷,提出一种新型非圆齿轮型间歇转动机构。首先对其传动与分度原理进行分析,然后建立其数学模型并详述了核心构件非圆齿轮副的匹配设计方法,最后从运动学角度对机构的传动性能进行了分析。结合设计实例,利用MATLAB与SolidWorks软件建立了机构的虚拟样机,并在ADAMS软件中对其进行了运动学仿真。仿真结果与理论值对比分析表明机构的分度误差约为0.74%,验证了设计理论与运动特性分析方法的正确性。     

剪刀机构环形阵列可展结构的运动学与动力学研究

通过分析剪刀单元之间几何参数的关系,得到单元尺寸和单元数量与展开和收拢半径之间的约束条件;针对可展结构的组成特点,提出将单元机构法与运动影响系数法相结合,建立可展结构的运动学分析方法;将运动影响系数法与虚功原理相结合,形成了可展结构的动力学分析方法。通过算例证实了所建立的运动学和动力学分析方法的有效性。     

六足步行机器人的并联机械腿设计

将并联机构用于六足步行机器人的腿部结构,以拓展六足步行机器人的应用领域.提出了一种基于(U+UPR)P+ UPS机构的并联机械腿,并对机械腿进行了结构参数设计.首先,对腿部机构进行了运动学分析,推导出了腿部机构的位置反解方程和速度传递方程;分析了腿部机构的工作空间并绘制了工作空间三维图,定义了工作空间性能评价指标,绘制了结构参数与工作空间性能指标的关系曲线.然后,对腿部机构进行了运动灵活性分析并绘制了雅克比矩阵条件数分布图,定义了运动灵活性评价指标,绘制了结构参数与运动灵活性指标的关系曲线.最后,基于工作空间性能指标和运动灵活性指标,采用蒙特卡罗法进行了结构参数分析,选取了一组性能较好的结构参数并考虑加工和装配工艺性,设计了一种新型3自由度并联机械腿的虚拟样机,为六足步行机器人的进一步研究奠定了基础.     

FROG-LEG型真空机械手的动力学建模与仿真

根据FROG-LEG型真空机械手的结构特点,提出了其等效的串联结构运动学模型,并求出了运动学的正反解。将FROG-LEG型真空机械手动力学问题分为水平和垂直两个方向进行讨论,用牛顿-欧拉法求出了两个方向的动力学方程。最后利用MATLAB机器人工具箱对机械手的运动学和动力学特性进行了仿真实验。       

一种新型并联机构4-RPR的性能分析

利用同时基于一阶Jacobian矩阵和二阶Hessian矩阵的性能评价指标体系,对一种新的并联机器人机构4-RPR进行了运动学及动力学性能分析。通过分析机构尺寸和性能指标之间的关系,进行了机构性能的优化,为机构设计提供了理论依据。     

基于Hessian矩阵的3-■并联机构的性能分析

利用包括Jacobian矩阵和Hessian矩阵的全域性能指标对新型的3-RR(RR)R并联机构的速度和惯性力性能进行分析,不同于以往仅依据Jacobian矩阵对机构的性能进行评价,给出机构的性能图谱,通过观察图谱挑选出有利于提高机构性能的机构尺寸,为机构的优化设计提供理论依据。     

基于结构降耦的一类低耦合度新型3T1R并联机构的拓扑设计

四自由度的可实现SCARA型（三平移一转动）输出运动的并联机构,与三自由度的Delta机构相比,因其本身的拓扑结构复杂,导致运动学正解以及动力学计算复杂,从而使其新机型的研究和开发应用相对困难;而降低这些机构的耦合度（简称结构降耦）可直接降低机构运动学、动力学求解的难度。根据笔者提出的机构结构降耦方法,对笔者最近提出的一类5个耦合度值κ为2且具有较好实用价值的SCARA型新型并联机构进行了结构降耦优化,得到了耦合度较低（降为κ=1）但自由度和动平台输出运动类型均保持不变的10个SCARA新机型,而这10个低耦合度（κ=1）机构的运动学正解及动力学正反解,可用一维搜索法方便求得数值解,或从易导出的1个一元高次代数方程求得封闭解,为其进一步构型拓扑优化、设计及应用研究奠定了基础。