混联码垛机器人运动学分析与仿真

针对码垛作业任务要求,设计了一种混联码垛机器人结构;为了简化机器人运动学方程的建立过程,根据机器人的特殊结构,把机器人的并联部分看作一个整体,以串联结构代替并联结构,应用D-H法建立了机器人的运动学模型,并给出了逆运动学方程.最后,应用Solid Works软件建立了机器人的三维实体造型,并用ADAMS软件进行了运动学仿真,验证了理论分析的正确性.     

一种新型五自由度混联机器人动力学建模与性能评价

研究一种新型五自由度混联机器人动力学建模和性能评价方法。该混联机器人的主机构为由一条串接一转动副的1T1R(T：平动,R：转动)平面并联运动链和两条空间无约束主动支链组成的1T2R三自由度并联机构。建立该机器人位置逆解、速度、加速度及其动力学模型,并通过Solidworks motion验证动力学模型的正确性。在此基础上,计及末端转头加减速运动对并联机构驱动关节驱动力的影响,并考虑到此类机构切向和法向运动的差异,基于矩阵奇异值理论分别提出该机器人并联机构切向和法向加减速特性评价指标,揭示关键尺度和结构参数对加减速特性影响规律,为机器人的集成优化设计提供参考依据。最后,通过比对分析验证所提出的新型五自由度混联机器人具有与著名Tricept机器人和Trimule机器人相似的加减速特性。     

三自由度微动并联机器人的简化建模方法

在常规或宏操作三自由度并联机器人运动学的基础上，介绍了并联机器人实现微动功能的运动学、动力学的简化建模方法。利用这一方法得到的模型结构简单、计算量小、适于实时控制等特点。该方法对于同一种类型的整体柔性关节微动机器人建模具有通用性，对于不同类型的微动并联机器人亦具有普遍性的意义。该方法也为微动机器人优化设计提供了一个良好的工具。     

平面柔性并联机器人动力学建模

利用有限元理论研究柔性并联机器人动力学建模的理论和方法,分析各支链的弹性位移及其耦合关系,建立柔性并联机器人系统的运动约束条件和动力约束条件。综合考虑构件的分布质量、集中质量以及杆件的剪切变形、弯曲变形、拉压变形和横向位移的影响,运用运动弹性动力学理论和Lagrange方程,推导出平面柔性并联机器人的动力学方程。以平面3-RRR柔性并联机器人为例,说明该动力学模型能正确反映柔性并联机器人的弹性振动特性,杆件的弹性变形对机器人动平台的位置误差和方向误差具有重要影响。     

四自由度混联码垛机器人运动学分析与仿真

以四自由度混联码垛机器人为研究对象,介绍了移动关节与回转关节组合式串并联的混联机器人机构特点,分析了该机器人的运动学特征,求出了其位置正反解析解,利用运动影响系数矩阵对其速度进行了系统研究。最后应用Pro/E软件建立了该机器人的三维实体造型,并用ADAMS软件进行了运动学仿真验证。     

三自由度并联机器人机构动力学研究

介绍了一种新型三自由度并联式机器人机构,对其运动学和动力学进行了分析和计算,并结合一个实际例子进行了计算机仿真,这些工作将对该机构的控制和结构优化设计提供帮助。     

并联机器人动力学建模及任务冗余优化

运用凯恩方法,以并联机器人动平台参考点的广义速度为系统的伪速度,在任务空间建立并联机器人的高效动力学模型.在此基础上,利用动力学模型中加速度项对具有任务冗余的并联机器人的驱动关节力进行优化.同时,根据并联机器人固有的结构特点,利用任务冗余的位形自由度,优化并联机器人的力传递性能,从而达到优化驱动关节力的目的.可以根据不同的情况选用合适的优化策略.     

并联机器人逆动力学建模的几何代数方法

逆动力学建模是并联机器人动力学性能评估和实际控制的基础。以几何代数为数学工具,提出并联机器人的解析逆动力学建模通用方法。根据几何代数的外积性质,可直接确定并联机器人中各分支的关节速度和加速度幅值,建立机器人驱动速度和被动速度之间的映射关系,并推导出并联机器人分支中各杆件的速度和加速度。结合虚功原理建立并联机器人的逆动力学模型,并确定驱动力/力矩的解析表达式。关节速度和加速度计算不需要判断几何关系、进行求导或求偏微分,并且整个计算过程中仅涉及加法和乘法,无需求解符号线性方程组,提高计算效率。以六自由度并联机器人6-UPS和三自由度并联机器人2PUR-PRU为例(U：虎克铰,P：移动副,S：球铰,R：转动副),得到在给定轨迹下两个机器人驱动力的理论结果,通过与ADAMS软件仿真结果对比验证所提方法的正确性。同时,通过与基于牛顿-欧拉方程的自然正交补法进行计算效率对比,证明该方法具有计算高效的优点,可替代ADAMS仿真和原先方法用于并联机器人逆动力学建模及分析。     

四自由度混联码垛机器人运动学分析与仿真

以四自由度混联码垛机器人为研究对象,介绍了移动关节与回转关节组合式串并联的混联机器人机构特点,分析了该机器人的运动学特征,求出了其位置正反解析解,利用运动影响系数矩阵对其速度进行了系统研究。最后应用Pro/E软件建立了该机器人的三维实体造型,并用ADAMS软件进行了运动学仿真验证。     

6-PPPS型并联机器人的动力学建模

采用拉格朗日法,以驱动量为广义坐标建立了6-PPPS并联机器人动力学模型,基于运动学正解推导了完整形式的动力学模型,并对机器人平动时动力学模型进行了分析,给出了实例仿真.该机器人平动时,动力学模型简洁,适合实时控制,为机器人动力学轨迹规划提供了参考.     

一种三自由度并联机器人的运动学分析

提出了一种具有混合分支的三平移并联机器人机构，采用螺旋理论分析了这种机构实现空间三维移动的机构学原理及其自由度，给出了其位置、速度的正反解和加速度分析的方法；在大型机械动态分析软件ADAMS上建立了仿真模型，验证了自由度分析的正确性。这种机构部分解耦，控制简单，具有较好的应用前景。     

基于ADAMS的并联机器人动力学仿真

应用机械系统动力学仿真分析软件ADAMS,建立了一种并联机构的虚拟样机模型。对并联机器人进行动力学分析,为并联机器人系统的设计、制造和模拟运动作业提供了理论依据和主要参数。     

混合机构式机器人的动力学建模及参数优化

建立了一种混合机构式机器人的动力学模型 ,并研究了其运动学性能。基于动力学参数对其运行速度有较大的影响 ,采用改进遗传算法对动力学参数进行了优化 ,得到了动力学参数的最优解 ,为机构设计和系统控制提供了理论依据。     

基于自由度分配和方位特征集的混联机器人机型设计方法及应用

混联机器人机构兼有并联机构刚度好、定位精确及串联机构工作空间大、控制解耦性好等两方面的综合性能及优点,其设计的关键是基于操作器方位特征集的串(并)联自由度数目和顺序分配、组合方式及新型少自由度并联机构模块的构造及其性能评价.提出基于自由度分配和方位特征集的混联机器人机型设计方法,提出单点作业、多点协同作业二类混联机器人的定义、符号表示方法并分析其优缺点;给出按这二类作业方式设计3～5自由度混联机器人分别可能构造出的全部结构组合方案、设计原则和步骤;据此,创新设计出多种新颖结构的混联机器人机构实例,并研制单喷枪、三喷枪协同二款五轴混联高速喷涂机器人,比较这二种结构的性能优劣.研究为混联机器人机构的机型设计提供了一种一般性方法,为复杂先进装备的创新研制提供了机构设计的基础.     

3自由度并联机器人的运动学与动力学分析

对一种空间 3 自由度并联机器人(3-RRS 并联机器人)进行运动学和动力学分析.此并联机器人的机构由一个动平台和一个静平台通过3个同样的转动副一转动副一球面副的支链组成.完全描述此并联机器人动平台的位置和姿态需要6个变量,即平台上一参考点的3个位移和3个转角.由于此并联机器人拥有2个转动自由度和1个移动自由度,所以,在动平台的6个位姿变量中只有3个变量是独立的.首先,推导此种并联机器人动平台的6个位姿参数之间的约束关系,给出这些变量之间的解析表达式.然后,基于Lagrange方程建立此并联机器人的动力学模型.在此基础上,通过算例分析驱动构件角速度、驱动力/力矩和能耗的变化规律.这些内容为进一步研究此种空间并联机器人的动态性能、机构优化设计和系统控制等都有非常重要的意义.     

一种新型四自由度并联机器人运动学正问题的求解

对一种新型四自由度并联机器人运动学正问题进行了研究,利用３个变量构造 出求解正问题的３个约束方程,然后运用符号计算和析配消元法推导出了只含有一 个变元的３２次多项式方程,并且应用计算机软件系统Ｍａｔｈｅｍａｔｉｃａ进行了求正问 题实解的数值验证。     

4-RUP_aR并联机器人机构及其运动学分析

提出一种能实现三维移动和绕z轴转动(3T1R)的新型对称4-DOF空间4-RUPaR并联机器人机构。采用螺旋理论分析4-RUPaR并联机器人机构实现空间3T1R运动的机构学原理,计算其自由度,讨论输入选取的合理性。以机构的杆长为约束条件,建立约束方程,得到位置分析的非线性方程组。推导机构位置正解的一元超越方程,并应用自适应变异粒子群算法(Adaptive mutation particle swarm optimization,AMPSO)求解该方程。导出位置反解的封闭方程及速度、加速度的表达式。最后应用算例对位置正反解的研究结果进行数值验证,正解结果与反解结果十分吻合。在位置正解分析的基础上,对算例的速度和加速度正解进行分析。     

轮式移动机器人运动学建模方法

研究轮式移动机器人运动学建模方法问题。提出用于不规则地形下的轮式移动机器人运动学建模方法——轮心建模法(Wheel-center modeling,WCM)在分析多刚体链式机构运动的速度特性以及不规则地形上轮式移动机构转动角速度特性的基础上,建立车轮轮心速度的矢量表达式,即确立WCM。以六轮摇臂转向架月球漫游车的运动学建模为例,分析各关节转动角速度矢量在车体坐标系下的投影,并根据转动矢量方向在车体坐标系中变化与否,将矢量叉乘的投影写成不同的形式,利用车轮轮心坐标系、轮地接触坐标系相对于车体中心坐标系的齐次变换矩阵中的相应元素,将车轮轮心的速度矢量表达式投影到车体中心坐标系下,建立车体运动学模型,从中阐述WCM的方法和过程,并分析WCM的特点。用试验和仿真验证该建模方法的正确性。     

含有闭回路结构的二平移一转动并联机器人机构型综合

构造了多种包含二平移一转动(2T1R)运动输出的混合链结构,基于有序单开链单元原理,综合出10种新型2T1R型空间并联机器人机构.机构的主动副均直接安装在静平台或接近静平台处,以利于减小机构的运动惯性.分析了各个机构基本特征,如主动副配置、耦合度和运动输入-输出控制解耦性,为机型的优选提供了一定的依据.