基于牛顿欧拉法的一种空间被动过约束并联机构动力学建模方法

以4-RPTR四自由度空间被动过约束(冗余约束)并联机构为研究对象,采用牛顿欧拉法结合补充变形协调方程对其进行动力学分析。基于牛顿欧拉法所建动力学方程为78个,但是由于该机构被动过约束的存在,所要求解的未知量为80个,当按照平面被动过约束机构的方法补充8个变形协调方程时,会与所建的78个方程线性相关,导致方程组无法求解。基于此,提出进行被动过约束并联机构动力学建模时,应首先分析机构产生被动过约束的原因,在此基础上,引入冗余约束力(力矩)引起的杆件变形与末端平台位姿误差的关系作为补充方程,能够保证方程组线性无关,可以求解。为此,引入直接引起冗余约束的转动关节约束力矩产生的杆件变形与末端平台位姿误差的关系,补充了8个变形协调方程,同时引入了6个未知量,从而得到86个方程,包含86个未知量,且方程组线性无关,得到了该机构的动力学全解模型。基于Matlab和ADAMS软件对该机构进行动力学仿真,在平台末端给定相同运动轨迹的情况下,对比两种方法仿真所得机构驱动力变化曲线,可以看出所建动力学模型的正确性。为该类空间被动过约束机构进行动力学建模提供了一个新的思路。     

球面并联机构自由度的终端约束分析方法研究

旋量法以其几何概念清楚,物理意义明确,表达形式简单等优势,常被用于分析机构的终端约束和自由度,然而该方法针对多支链并联机构的分析过程繁琐、耗时长。为解决上述问题,文章以2自由度Omni-Wrist V球面并联机构为研究对象,采用基于几何约束理论的图谱法,通过特定的规则绘制出机构的自由度线和约束线,确定机构的终端约束,进而推导出机构的运动模式。对比用旋量法分析该球面并联机构的终端约束,两种方法虽然殊途同归,然而图谱法简单直观,容易理解,且更为快捷有效。     

少自由度并联机构探析

并联机构是一种新型机构,具有传统串联机构无法比拟的优点,是串联机构的补充和扩展,它以轻便灵活、工作空间大等优点受到广大专家学者的高度重视,对于机床技术和机器人技术的发展具有重要推动作用.     

基于螺旋理论的单闭环多自由度过约束机构综合

以螺旋理论为基础,分析构成单闭环过约束机构的约束数目、运动副数目和自由度数目之间的关系,给出针对单闭环过约束机构的自由度计算公式。按照约束螺旋的性质将过约束螺旋分为具有不同阶数的力约束和力偶约束两类,总结所有可能形式的独立过约束性质和数目及其组合。在给出特定过约束组合的条件下,应用虚功原理,以反螺旋理论为计算手段,得到多自由度单闭环机构的综合条件。应用解析的方法,得到满足机构为非瞬时运动的条件,给出机构的运动副轴线布置、运动副数目、运动副排列和空间几何条件。全面系统地解决了单闭环多自由度过约束机构的构型综合问题,群举所有可能的单闭环过约束并联机构。给出机构综合步骤以及部分典型机构的设计范例。     

基于螺旋理论的2自由度并联机构分析

提出一种的两自由度并联机构,能实现俯仰和横滚运动.运用螺旋理论描述单个分支约束及所有分支约束的合成,并从几何上直接分析约束的线性相关性,判别出机构自由度的性质,同时给出公共约束,冗余约束存在的几何条件和相应的判别计算公式,在此基础上得到2自由度并联机构自由度计算的修正Gr(u)bler-Kutzbach计算公式.     

新型过约束并联机构2RPU+UPU动力学模型

提出一种新型的过约束2RPU+UPU机构,该机构的两个RPU分支一共提供了4个约束,但由于机构运动副的特殊布置,其中的两个约束为过约束.机构中的UPU分支为机构提供了一个约束力.建立该机构的速度约束方程,并基于此分析了该机构的自由度.建立该机构的几何约束方程,确立表达机构末端位姿的独立运动参数.导出机构上平台的位姿、速度和加速度耦合关系.求解该机构的运动学反解、速度、加速度,建立机构RPU分支和UPU分支详尽的运动学模型.基于虚功原理和该机构的运动学模型建立该机构的动力学模型,并采用Matlab软件对该机构动力学进行模拟仿真,模拟结果表明理论结果完全正确.所用的方法同样适合于其他过约束并联机构.     

变自由度4-xPxRxRxRyRN并联机构

提出一种变自由度4-xPxRxRxRyRN并联机构,该机构中与动平台4边相连的4个转动副两两相对且轴线重合(记为u轴和v轴).运用螺旋理论对机构的自由度进行分析和驱动副选取.初始位形下,4-xPxRxRxRyRN并联机构的动平台平行于定平台,此时动平台具有3个连续的移动自由度和两个瞬时转动自由度,其转轴可为平行于定平台的任何两条直线.动平台仅可绕u轴或v轴从初始位形下发生连续转动,此时动平台具有3个连续的移动自由度和1个连续转动自由度,转轴为u轴或v轴,且这两个转动自由度互斥,即如动平台先绕u轴发生连续转动后,就不能绕v轴发生连续转动,必须待动平台再次平行于定平台时才能切换,反之亦然.为实现自由度切换的完全可控,4-xPxRxRxRyRN并联机构需采用5个驱动器进行冗余驱动.     

空间并联机构的自由度分析

综述了空间并联机构自由度的分析与计算方法,在此基础上具体分析了几种典型的并联机构的自由度.对于特殊的空间并联机构,也介绍了一种确定动平台自由度及其运动类型的方法.     

新型并联打磨机构的自由度分析与仿真

为了满足打磨小型零件的需要,提出一种新型3自由度并联打磨机构,应用螺旋理论对该机构进行自由度计算分析,然后应用PRO/E软件建立三维模型并把模型导入ADAMS软件进行分析。仿真结果表明该并联机构结构是正确的。     

两种3-TPT并联机构的自由度及运动仿真研究

本文在分析了两种3-TPT并联机构自由度的基础上,借助ADAMS软件对这两种机构的动平台自由度、运动类型进行仿真分析。万向铰布局方式的不同,导致3-TPT并联机构动平台运动性质改变。通过仿真形象直观地证明了这一点。为进一步研究3-TPT并联机构的运动控制及优化设计提供有价值的参考。     

Methods for Force Analysis of Overconstrained Parallel Mechanisms: A Review

The force analysis of overconstrained PMs is relatively complex and difficult, for which the methods have always been a research hotspot. However, few literatures analyze the characteristics and application scopes of the various methods, which is not convenient for researchers and engineers to master and adopt them properly. A review of the methods for force analysis of both passive and active overconstrained PMs is presented. The existing force analysis methods for these two kinds of overconstrained PMs are classified according to their main ideas. Each category is briefly demonstrated and evaluated from such aspects as the calculation amount, the comprehensiveness of considering limbs’ deformation, and the existence of explicit expressions of the solutions, which provides an important reference for researchers and engineers to quickly find a suitable method. The similarities and differences between the statically indeterminate problem of passive overconstrained PMs and that of active overconstrained PMs are discussed, and a universal method for these two kinds of overconstrained PMs is pointed out. The existing deficiencies and development directions of the force analysis methods for overconstrained systems are indicated based on the overview.     

计算机辅助几何技术用于并联机器人机构学研究方法论

提出将计算机辅助几何技术用于并联机器人机构学研究的基本理论和方法。基于CAD几何约束和尺寸驱动技术原理,建立并联机器人模拟机构,该模拟机构的运动特性与装配成的三维机构实体完全等效。研究表明,计算机辅助几何技术用于并联机器人机构学的研究不仅具有简捷直观、求解精度高和重复性好的优点,而且无需解析求解和辅助编程就可完成并联机构的型综合和运动特性分析,为研制更多实用的新型并联机器人提供有效的工具。     

基于几何约束的平面连杆机构通用仿真软件设计

把平面连杆机构用"基本坐标"和"连杆约束"表达为最小二乘问题,通过求解非线性方程组的形式对连杆机构的几何约束进行求解,并采用可视化搭建结果和仿真状态结果作为迭代初值,很好的解决了一般方法对迭代初值的敏感性.最后在Matlab/GUI平台上开发出通用的仿真软件,并给出了几种常见连杆机构的仿真结果.     

基于遗传算法的几何约束快速求解方法

针对几何约束求解问题 ,提出一种改进的遗传算法 ,他是在一般遗传算法的基础上 ,增加了迭代的外循环过程和新的用于初始种群的选择方法 ,求解速度快且能达到Newton -Raphson法的精度 ,并能较好地解决欠约束和过约束等问题     

制造误差对过约束机构性能影响的研究

针对平面闭链机构为超静定的过约束结构和制造误差的非平面性，将结构力学中处理超静定结构的力分析法与平面连杆机构的动力分析相结合，以构件的扭转变形和弯曲变形为变形协调条件，建立了考虑非运动平面过约束的平面加杆机构动力学分析模型，仿真结果揭示了制造误差对过约束机构性能的影响。     

基于加权广义逆求解被动过约束刚-柔耦合并联机构的受力问题*

提出一种直接应用力映射矩阵的加权广义逆求解一般被动过约束并联机构(指分支提供给动平台的约束力/力偶数目大于等于1的被动过约束并联机构)的超静定受力问题的方法。基于小变形叠加原理和螺旋理论得到了分支约束力螺旋系刚度矩阵的一般表达式。推导一般被动过约束并联机构的各分支约束力螺旋系幅值与六维外力之间的映射关系式,进而证明了该关系式恰好是力映射矩阵的加权广义逆,其中加权矩阵为各分支约束力螺旋系刚度矩阵组成的分块对角阵的逆。以3-RRC空间三自由度被动过约束并联机构和一个并联振动平台为例,直接应用加权广义逆求解了机构各分支约束力螺旋系的幅值,并进行仿真验证。基于加权广义逆求解被动过约束并联机构的超静定受力问题大大简化了求解过程且解的形式统一、简单。     

基于几何法Delta并联机器人运动学分析

为避免解析法求解与数值法求解所具有的缺点,根据平行四边形结构的运动特性,简化了Delta并联机器人结构模型,并建立了3个惯性坐标系,将3个不同位置支链转换至相同状态下进行分析,采用几何法构造出机构位置正解与逆解的低阶方程组。根据刚性杆两端点运动速度在沿杆件方向分速度相同原理,构造了机构驱动输入与末端执行器输出的速度映射矩阵(速度雅克比矩阵)。运用Matlab软件进行编程,并通过实例验证了本机构位置正逆解算法的正确性。