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．     

一种新型球形机器人虚拟样机的设计及运动仿真

提出了一种采用双齿轮齿条传动机构的新型球形机器人设计方案,该方案在球形机器人同一直径方向上安装两组齿轮齿条传动机构作为内部驱动装置,论文详细介绍了该球形机器人的机械结构,并通过受力分析对其直线运动和转弯运动的运动原理进行了理论分析。联合使用SOLIDWORKS和ADAMS,建立了球形机器人的虚拟样机并进行运动仿真。受力分析和运动仿真结果验证了该球形机器人结构的可行性,为物理样机后期制作提供依据。     

基于螺旋理论的水下机器人矢量推进球面并联机构的运动学建模

为设计结构简单、具备旋转运动传递和空间姿态调整双重功能的水下机器人推进机构,采用构造过约束并联机构的方法设计了一种3自由度球面并联矢量推进机构.基于螺旋理论构建了机构的拓扑结构模型,分析了机构的运动特性,计算了机构的位姿正、逆解.在闭链约束方程的基础上运用矢量代数法推导出了机构的雅可比矩阵.利用特征结构配置的解耦法建立了机构速度和加速度的解析模型,并进行了相应的数值算例分析,计算了机构的运动学正、逆解,得到了可达工作空间,并用仿真软件Adams验证了数值计算方法的正确性.设计的矢量推进机构具有较大的偏转范围.     

柔索驱动三自由度球面并联机构运动学与静力学研究

柔索驱动并联机器人采用柔索代替连杆作为机器人的驱动元件,它结合了并联结构和 柔索驱动的优点．文章提出了一种新型带有约束机构的并联柔索驱动机器人，采用四根柔索 驱动．由于约束机构的引入，机器人可实现在空间的三维转动．介绍柔索驱动并联机器 人的机构构型，给出了位姿逆解，建立了静力平衡方程和运动学方程，讨论了柔索拉力的确 定方法．研究结果证明在加入了约束机构后，柔索机器人可以实现更多的运动形式，这就为 更广泛的应用柔索驱动成为可能．     

4U平行四边形机构的一类新用途——整体设计为两足步行机构

提出了将4U平行四边形机构整体设计为两足步行机构的一类新用途.此类两足步行4U平行四边形机构均由4个构件和4个万向铰组成,能够实现平面运动.根据万向铰布置方式的不同,分为3种构型.在针对构型Ⅰ的前期研究基础之上,应用螺旋理论分析了构型Ⅱ和Ⅲ的自由度,并分别对其进行了运动学分析、步态分析和稳定性分析.此外,还将3种构型的性能与应用作了进一步的分析与比较.运用ADAMS软件建立3种构型的动力学模型,仿真其运动的全过程,验证该类构型及其运动的可行性.制作出2台样机,实现了预期的运动.     

基于单应性矩阵的移动机器人视觉伺服切换控制

针对具有单目视觉的移动机器人,本文提出了一种基于单应性矩阵的视觉伺服控制算法,在缺乏深度信息的情况下利用视觉反馈实现了移动机器人的控制目标,即给定机器人目标位姿下拍摄得到的图像,通过视觉伺服使机器人从初始位姿准确到达目标位姿.视觉反馈环节采用单应性矩阵中的元素构造状态变量,而非利用常见的单应性分解,此外,考虑到视野约束,本文提出的算法在计算单应性矩阵时结合了单应性的传递特性,从而避免了参考目标的实时可见性.伺服环节设计了切换控制器,在满足非完整约束的同时可驱动机器人到达期望位姿.理论分析及实物仿真验证了该算法的可行性和有效性.     

虚拟环境下并联坐标测量机几何建模与运动仿真

与普通直角型坐标测量机相比，并联坐标测量机具有结构简单、测量精度高、测头位姿灵活等一系列优点。但因该坐标测量机的驱动参量与测头输出位姿之间的非线性对应关系，致使其实体样机的设计工作变得十分复杂。该文以3-RPS型三自由度并联机构坐标测量机为研究对象。在虚拟环境下对其进行了三维实体造型和运动过程仿真，从而为新型坐标测量机实体样机的开发奠定了理论基础。     

虚拟维修样机中机构的运动行为仿真

机构由于其运动特性的复杂性、多样性而成为虚拟维修样机研究的难点之一。针对虚拟维修样机中机构的运动行为仿真问题,在研究机构的分类以及构件之间关系的基础上,定义了十种运动副,提出按机构的构造进行分类,然后根据构件间的连接方式即运动副来建立运动仿真的思路;在JACK软件平台下,研究了采用约束关系建立机构运动仿真和采用脚本控制建立机构运动仿真的方法,并进一步分析了这两种方法的适用条件、范围以及其局限性,提出采用约束关系与脚本控制相结合的方法来建立机构的运动仿真;最后以某炮闩的发射机为例进行验证。     

平面四连杆机构近似位姿综合的计算机模拟逼近法

平面连杆机构尺寸综合的两个基本工具是几何法和解析法，它们仅适用于规定较少的机构精确位姿数的综合。几何法简单直观，但求解精度低且重复性差；解析法求解精度高且重复性好，但求解复杂、不直观。针对两种方法的缺点，提出一种机构尺寸驱动综合方法，即连杆机构近似位姿综合的计算机模拟逼近法。首先在多个复合精确和近似位姿情况下，用CAD的几何约束和尺寸驱动技术，构造一个基本四连杆模拟机构；再根据函数、轨迹和运动综合的原则，由基本四连杆模拟机构分别构造出函数、轨迹和运动的近似位姿综合模拟机构。计算机模拟结果表明，这种方法不仅具有简捷直观、求解精度高和重复性好的优点，而且可以增加机构综合的规定位置个数，为机构的尺寸综合提供更有效的工具。     

关节联动的单孔手术机器人运动解耦方法

针对单孔腔镜手术机器人的执行器械从驱动空间至操作空间的强运动耦合问题,研究关节联动构型,实现运动解耦,简化运动学模型．首先分析联动构型的运动特性并设计滚轮约束式铰接关节．继而研发了7自由度的联动构型器械,它可实现2自由度的“联动展开”．建立了D-H（Denavit-Hartenberg）模型,分析联动构型器械的位姿分离,并通过解析法直接求解逆运动学．然后基于立体角度量手术器械末端在给定点的灵活度,优化联动构型器械的远端段关节布置．实验表明,联动构型器械末端的姿态只取决于远端段关节,“联动展开”只改变器械末端的位置．驱动空间至关节空间的最大误差小于3°,近端段与远端段的驱动之间互不干扰．     

一种基于离散化位姿的月球车运动规划方法

针对障碍环境下具有非完整约束月球车的运动规划问题,提出了一种基于离散化位姿的月球车运动规划方法。该方法首先将月球车的运动轨迹限定于多项式旋线,通过求解多项式旋线参数生成无障碍条件下连接任意位姿状态的运动轨迹。同时,该方法对月球车运动规划问题中的位姿状态空间进行离散化,形成离散化的位姿状态空间。根据离散化位姿状态空间的特点,在离线的条件下生成连接相邻离散位姿的月球车基本的运动轨迹集。最后该方法结合基本运动轨迹集并利用启发式搜索算法最终解决障碍条件下的运动规划问题。基于动力学仿真平台中的实验结果验证了该方法的正确性和有效性。     

双手爪爬杆机器人对杆件的位姿检测与自主抓夹

为实现5自由度平面构型的双手爪爬杆机器人Climbot对目标杆件的自主抓夹,提出一种基于2D激光扫描测距仪的杆件位姿检测和自主抓夹方法.首先根据Climbot的平面构型,给出了机器人在两圆杆间过渡时的特殊位姿约束条件.再摆动夹持器使得安装在上面的激光传感器可以用扫描的方式获取目标杆件上若干中心点位置,并将其拟合出杆件的空间直线方程,即杆件位姿.并基于直线方程,规划出了满足过渡约束条件的自主抓夹运动.最后通过实验分析了杆件中心点位置的检测误差,以及所求杆件位姿相对于实际杆件和Climbot夹持器坐标系的角度误差.相对于杆件尺寸以及夹持器张合度,上述误差均可接受.本文方法能够准确地检测目标杆件的位置信息,并给出合理的抓夹运动规划.     

仿生并联眼动机构多目标优化设计

针对低空空域视觉监控系统需同时保证大范围搜索和对目标持续平滑跟踪的要求,依据仿生原理,设计了一种模拟人类眼外肌功能的仿生并联眼动机构构型.为克服当前并联眼动机构多采用单目标优化方法而无法保障动平台倾角及运动精度、机构灵巧度、运动传递性能等运动性能同时取优的问题,在安装空间、驱动件尺寸、铰链偏角等约束条件下,采用改进非支配排序遗传算法(NSGA-Ⅱ)优化机构的结构参数.根据优化得到的结构参数搭建了实验样机.实际测量结果表明,所设计的机构能够在动平台最大倾角、综合运动性能方面取得较为理想的效果,动平台倾角可达55.94?,精度可达0.01?,优于人类视觉系统及相关研究,满足低空空域监控需求.     

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...     

用计算机辅助几何技术对Stephenson六杆机构近似位姿的综合

机构尺寸综合的两个基本工具是几何法和解析法，适用于位置较少的机构尺寸综合，而且解析法求解复杂和不直观．提出计算机辅助几何技术的Stephenson六杆机构近似位姿综合法．先用CAD的几何约束和尺寸驱动技术，在多个复合精确和近似位姿情况下构造一个基本六杆模拟机构，再根据轨迹和运动综合的原则，由基本六杆模拟机构分别创造出轨迹和运动的近似位姿综合模拟机构．计算机模拟结果表明，该方法不仅具有简洁直观、求解精度高和重复性好的特点，而且可以增加机构综合的规定位置个数，为机构的尺寸综合提供更有效的工具．     

PPRRRP和RRRPU肩关节康复外骨骼机构运动性能的分析比较

基于外骨骼机构的构型综合和优选原则,提出PPRRRP和RRRPU两种外骨骼构型.在优选的构型中,通过在人机连接处引入被动关节,使外骨骼机构和人体上臂形成的人机闭链转化为3-DOF（自由度）运动学恰约束系统,实现人机运动学相容.从人机闭链整体的角度,分别建立PPRRRP和RRRPU人机闭链运动学模型,通过对被动关节的合理分解及运动学特征分析,推导其运动学约束方程,并分别求得两闭链的速度雅可比矩阵,该方法降低了人机闭链运动学分析的复杂性.通过对速度雅可比矩阵的数值仿真,在冠状面、矢状面和水平面对2种外骨骼构型进行条件数倒数、可操作度椭球以及灵巧操作速度的分析比较.结果表明：在上述3个面内,PPRRRP构型的运动灵活度、运动各向同性和速度操作灵巧性的运动学性能要优于RRRPU.在此基础上,研制了PPRRRP构型的上肢康复外骨骼样机.     

关节臂式坐标测量机的虚拟样机模型及仿真

基于虚拟样机技术对六自由度关节臂式坐标测量机的测量空间进行研究和仿真,建立了六自由度关节臂式坐标测量机的测量运动学数学模型和虚拟样机模型。在建立起虚拟样机模型之后用图解法对其进行了检验,并将得到的虚拟样机模型与运动学数学模型进行比较验证,结果表明虚拟样机模型能够准确地反映测头位姿,方便有效地进行整个测量空间的运动仿真。正确的虚拟样机模型与测量运动学模型是研究测量机的误差空间分布的必要环节,为下一步工作奠定了研究基础。     

仿青蛙游动机器人机构设计

为研制仿青蛙游动机器人,设计了游动机器人机构.首先通过分析生物青蛙结构,设计仿青蛙机器人的原理样机.选择气动肌肉作为驱动器,分别驱动髋、膝、踝关节的转动,并采用钢丝传动结构,将膝关节气动肌肉安装在躯干上,从而有效减小了腿部的质量.建立了机器人系统的运动学模型并进行机器人运动学分析.分析了青蛙游动过程中的水下受力,并将水的作用力引入ADAMS仿真环境中,模拟了青蛙游动中的水环境,从而进行动力学仿真分析.最后对所研制出的仿青蛙游动机器人进行水下游动实验,其推进阶段平均速度达到339 mm/s.通过对比分析发现在动力学仿真和样机实验两种不同方法下机器人后肢运动形式基本一致,从而验证了仿青蛙游动机器人原理样机设计的可行性.     

结合模型匹配与特征跟踪的人体上半身三维运动姿态恢复方法

人体姿态空间的高维性及单目视频深度信息丢失,导致从单目视频恢复人体三维运动姿态非常困难,为此,利用特征跟踪的快速性及模型匹配的鲁棒性,提出一种无标记人体上半身三维运动跟踪方法.该方法利用匹配SIFT特征,并根据长度不变性约束建立优化目标函数,再采用迭代优化算法得到全局运动位姿;其他关节的姿态先根据逆运动学计算初始估计值,并通过模型匹配验证其可信度,当初始姿态估计错误时,则使用局部搜索获得关节姿态.实验结果表明,文中方法可以准确地恢复单目视频中人体上半身三维运动姿态.     

低安装空间的3-UPU并联机构的设计与实现

为解决救灾工作中颠簸路况对救灾人员体力消耗的问题,设计一款3DOF颠簸训练模拟器,由于本设计用于车载救灾颠簸模拟器,存在限高的问题,所以平台的安装高度极其有限。文章基于Stewart运动平台和空间运动机构的相关理论,设计了一种带防扭臂的重载荷3自由度并联平台(3-UPU/RRU),其中UPU为驱动支链,两条RRU为恰约束从动支链,运用螺旋理论分析其约束情况,表明该机构的运动合理性。利用加速遗传算法和工程实际安装空间,得到平台的尺寸的最优解。利用ADAMS软件建立虚拟机,通过驱动件与动平台末端运动曲线,得到驱动件的逆解,最终得到平台运动情况。并且将此成果用于某款抗颠簸训练模拟器中,运行良好。此研究成果可以在安装空间较为狭窄的情况下,作为工程师设计并联平台的参考。