基于球杆仪检测信息的并联机构运动学标定

由于并联构型装备难于实现全闭环反馈控制,使运动学标定成为一项具有显著经济价值并能非常有效提高并联构型装备精度的手段,运动学标定通常包括误差建模、测量、辨识和补偿4个环节。基于以上因素,以5自由度混联机械手TriVariant为对象,研究一种基于球杆仪检测信息的运动学标定方法。首先建立球杆仪测量值与影响末端可补偿位姿误差的几何误差源的映射关系,并给出可辨识条件。在此基础上,以误差参数辨识矩阵条件数为评价指标,探讨合理设置球杆仪安装位置和数目的方法。最后,计算机仿真和试验验证了所提出方法的可行性和有效性,并指出仍然需要解决的若干问题。     

一种新型非对称五自由度混联机器人的尺度综合

提出一种新型非对称五自由度混联机器人,由三自由度1T2R位置型并联机构和二自由度A/C转头串接组成。为保证机器人具有近似面对称的性能,围绕其中的并联机构开展尺度综合研究。通过定义并联机构的参考位形,提出一种凝练独立尺度参数的方法,并定义出可评价工作空间、运动/力传递特性及其面对称程度的运动学性能指标。在此基础上,将机构尺度综合问题归结为一类有约束多目标优化问题,并采用范数理想点法,得到一组可使机构兼具优良的运动/力传递特性及大作业空间/机构占地比的尺度参数,同时运动/力传递特性在全域内具有近似面对称乃至轴对称分布。在相同尺度参数下与Exechon和TriMule机器人的对比分析表明,该机器人具有与二者近似的全域运动学性能。     

可重构PKM模块的选型原则 --理论与实践

可重构与多功能是并联构型装备(PKM)的重要发展趋势,模块化设计是实现这类装备可重构性的使能技术.首先借助线性空间理论,简要论述了少自由度并联机构的组成原理.按照支链对动平台提供约束和驱动的作用不同,将支链分为四种类型,并据此得到少自由度并联机构的三种组合方案.基于对可重构性、多功能,以及速度、刚度特别是精度的考虑,提出可重构PKM模块的选型原则,认为含简式恰约束支链的并联机构较适于搭建兼顾上述需求的PKM模块,进而将可重构PKM模块的设计转化为恰约束支链的选型问题.在此基础上,提出一种含主动恰约束支链的5自由度混联机械手模--TriVariant,其具有与Tricept机械手完全相同的自由度数目和类型,且几乎继承了后者的全部优点.最后给出若干用TriVariant搭建可重构装备的应用示例.     

可重构混联机械手--TriVariant的误差建模与灵敏度分析

针对少自由度并联构型装备,必须通过误差建模将影响末端可控和不可控误差的几何误差源进行分离,从而指导机构的精度设计和运动学标定的问题,以5自由度混联机械手TriVariant为对象,研究一种少自由度并联构型装备的误差建模方法。该方法可有效分离出影响末端不可控误差的几何误差源,得到由UP支链连架胡克铰的加工和装配误差,以及套筒导轨扭角误差引起的末端姿态误差为不可控误差,从而得到仅需控制恰约束支链的制造和装配误差,便可有效抑制末端的不可控姿态误差的重要结论。在此基础上,借助灵敏度分析方法,在统计意义下定量揭示出上述几何误差源对末端不可控姿态误差的影响。分析结果表明,胡克铰两轴线不相交误差对末端不可控误差的影响最大。     

实现滚法中医推拿并串混联机器人的研究

从分析中医推拿主流手法滚法与按揉法的自由度着手,提出一种4SPS-1RCRR型的5自由度并联机器人机构。针对滚法手法滚动频率较高的特点,增加了滚法推拿头机构,进一步提出一种改进型并联与串联机构混联的推拿机器人。在滚法手法中三维移动由并联机构完成,一维转动由推拿头完成。分析了该类机构的拓扑结构、并联机构的运动学反解,并对滚法推拿头进行运动学设计与分析。通过对改进前后模型运用ADMAS软拌进行仿真分析比较,表明该新机型既能避免P副的高频往复运动,又能较好地满足中医推拿中滚法推拿的要求。     

含冗余驱动支链4-UPS&UP并联机构的运动学性能分析

分析含冗余驱动支链4-UPSUP并联机构的运动学性能,该并联机构由著名的Tricept机器人并联模块3-UPSUP机构增加一条无约束驱动支链所得。因冗余驱动支链的引入,该并联机构比3-UPSUP机构拥有更高的承载能力和更好的静、动态性能。在建立4-UPSUP机构的位置逆解模型和7×6广义雅可比矩阵的基础上,得到驱动关节速度到动平台参考点线速度的4×3量纲一雅可比矩阵,并据该矩阵的条件数提出局部运动学性能评价指标。最后,在同尺度下对4-UPSUP和3-UPSUP并联机构的运动学性能进行了对比分析,得到前者运动学性能优于后者的结论。     

Delta并联机构精度标定方法研究

以Delta并联机构为对象,研究一类含平行四边形支链的3自由度并联机构误差建模技术,所建模型可有效分离出影响末端姿态误差的几何误差源。在此基础上提出一种精度标定方法,该方法利用并联机构操作空间与关节空间非线性映射的性质,仅需检测末端沿z向的位置误差、以及在初始位形下的姿态误差便可识别出几何参数,并可通过修改系统输入实现末端位置误差补偿。给出算例以验证该方法的有效性。     

Design optimization of a 2-DOF parallel kinematic machine based on natural frequency

In this paper, kinematics, workspace, and dynamic analysis of a two degree of freedom (2-DOF) translational parallel robot are carried out. The mechanism of the 2-DOF translational parallel robot consists of four links. Links 1 and 2 consist of three revolute joints and link 3 and 4 consist of three revolute joints and one prismatic joint. These four links are attached to the end effector. The inverse kinematics analysis is carried out to find the joint positions for a particular position of the moving platform. Using stiffness and dynamic mass matrices, the natural frequencies of the parallel kinematic machine (PKM) are obtained. Since the first natural frequency is responsible for higher vibrations, the first natural frequency is considered as performance measure of the PKM i.e. global natural frequency index (GNFI). Using GNFI as the objective, the optimal dimensions of the PKM are obtained.

     

新型三转动并联机构的位置分析及其运动仿真

根据并联机器人机构结构综合理论,设计构造一种能实现空间三维转动的三自由度并联机构,该机构由三条PSS支链组成,在结构上具有良好的对称性。通过对三个距离约束方程构造D ixon结式导出了位置正解输入输出方程,得出8组位置正解。借助Pro/E软件,对虚拟并联机构平台进行运动仿真,得到了位姿变化曲线,验证了理论分析的正确性。     

A kinematic calibration method of a 3-DOF secondary mirror of the giant magellan telescope based on least square algorithm

Because of manufacturing and assembly errors in the geometric parameters of parallel robots, calibrating the parameters is necessary for improving the positioning accuracy. The objective of this study is a 3-DOF secondary mirror of the giant Magellan telescope, which is operated by a 3-DOF parallel robot. In this paper, a kinematic calibration method is presented. In this method, a moving platform is commanded to execute a sinusoidal movement by the cooperation of three piezoelectric actuators, and experimental data is obtained using capacitive sensors. The inverse kinematic and forward kinematic equations for the local system are illustrated in this paper. Furthermore, importantly, a least square algorithm is implemented to reduce the residual between the experimental values and expected values. Additionally, a simulation model is developed for supervising the movement of the system. Results of experiment show that the method used in this paper is effective and efficient.     

应用闭环矢量原理建立三自由度平面并联微动机器人运动学模型

近年来面向生物工程、医学工程及微加工等领域的微操作机器人技术受到国内外学术界和工程界的广泛关注,发展速度极快,已被应用于实现细胞的注射和分割,微机电产品的加工和装配以及微外科手术等。微动机器人具有无摩擦无间隙、响应快、结构紧凑、刚性好、误差积累小等特点,以柔性铰链代替传统铰链后并联机构就正好具备以上特点适合用作微动机器人。本文对三自由度平面并联机器人(3-RRR型)采用闭环矢量原理建立了线性且有效的运动学模型,并利用MATLAB7.1软件编程计算出输出平台的位移、方位角与输入位移的关系。     

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。     

Geometric approach for kinematic analysis of a class of 2-DOF rotational parallel manipulators

Euler angles are commonly used as the orientation representation of most two degrees of freedom (2-DOF) rotational parallel mechanisms (RPMs),as a result,the coupling of two angle parameters leads to c...     

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.     

5自由度大工作空间/支链行程比混联机械手的概念设计与尺度综合

研究一类新型5自由度可重构混联机械手的创新设计和尺度综合问题,该机械手模块由-2自由度球面并联机构和一条通过滑移副与之串接的两转动-移动串联运动链组成.该混联机械手由于将定点转动与相对滑移运动解耦,因此具有工作空间/支链行程比大的特点,适合高速轻载作业,可作为即插即用模块用于搭建不同类型的加工制造装备.在建立2自由度球面并联机构的速度映射模型的基础上,分析该机构的奇异性和各向同性问题,并以速度雅可比矩阵最小奇异值的全域均值为操作性能指标,研究2自由度球面并联机构的尺度综合问题.通过单调性分析揭示出尺度参数对该指标的影响规律,进而将尺度综合问题简化为求解杆长等式约束问题.最后给出一组算例,使该尺度综合方法的有效性得到验证.     

并联机构的动力学分析及其无模型智能控制

为解决并联机器人高度非线性、强耦合、数学模型复杂的问题,针对交流伺服电机驱动的并联机器人,在模型不确定情况下提出了一种针对2-DOF并联机器人的智能控制方法,设计了一个二输入的模糊控制器,该控制方法不需要前向运动学的求解。通过模糊控制器对PID参数进行实时整定,基于MATLAB进行动态仿真,仿真结果表明:模糊PID在轨迹跟综和带负荷运动的稳定性方面比线性PID具有更好的控制效果,可实现并联机器人的高精度实时控制。     

神光-Ⅲ精密光学模块侧装机械手运动学分析

为顺利将激光聚变试验所需的光学模块安装至主机试验装置中,设计了一种八自由度侧装机器人。通过D-H法建立机器人各杆件的参考坐标系并获得D-H参数,推导出该侧装机器人运动学正解。提出采用关节变量虚化法构建出一个虚拟六自由度机器人,并利用解析法求解虚拟六自由度机器人运动学逆解。基于关节占用空间最小的原则,结合麦夸特算法利用1stOpt软件对关节3和关节4的位置进行求解,进而求解八自由度侧装机器人运动学逆解,并通过实例验证逆解算法的正确性。对运动学分析求解可以用于机械臂末端执行器的精确定位和运动规划,为实现八自由度侧装机器人的轨迹规划及实时控制等提供理论参考。     

4-DOF并联机器人型综合与分析的计算机辅助几何法

提出运用计算机辅助几何法来研究新型4自由度并联机器人的型综合问题，利用在CAD软件草图环境下建立的并联机器人模拟机构，基于并联机器人的模拟机构，综合出多种新型4自由度机构，并用计算机模拟法，分析了动平台的运动特性。模拟结果表明，计算机辅助几何法的应用，不但大大简化了并联机器人机构型综合的难度，而且快捷直观，值得推广。     

Geometric condition of 3UPS-S parallel mechanism in singular configuration

The existing researches on singularity of parallel mechanism are mostly limited to the property and regularity of singularity locus and there is no further research into the geometric relationship between uncontrolled kinematic screw and parallel mechanism in singularity. A 3UPS-S parallel mechanism is presented which fulfils 3-DOF in rotation. The regularity of nutation angle singularity is analyzed based on the Jacobian matrix, and the singularity surface of 3UPS-S parallel mechanisms is obtained. By applying the concept of reciprocal product in screw theory, the singular kinematic screw is derived when 3UPS-S parallel mechanism is in singularity. The geometric relationship between singular kinematic screw and singular configuration of 3UPS-S parallel mechanism is investigated by using programs in MATLAB. It is revealed that there are two kinds of situation. Firstly, the three limbs of 3UPS-S parallel mechanism intersect the singular kinematic screw in space simultaneously; Secondly, two limbs cross the singular kinematic screw while the third limb parallels with that screw. It is concluded that the nutation angle singularity of 3UPS-S parallel mechanism belongs to the singular linear complexes. This paper sheds light into and clarifies the geometric relationship between singular kinematic screw and singular configuration of 3UPS-S parallel mechanism.     

Topology Search of 3-DOF Translational Parallel Manipulators with Three Identical Limbs for Leg Mechanisms

Three-degree of freedom(3-DOF) translational parallel manipulators(TPMs) have been widely studied both in industry and academia in the past decades. However, most architectures of 3-DOF TPMs are create...