3-PUU并联机器人机构及其运动学

介绍了一种空间三自由度并联机构3-PUU,该机构有动平台、定平台和3个连接支链组成,动平台相对于定平台有2个转动和1个移动.该机构动平台和定平台之间的连接全部由万向铰链完成,结构简单、对称,刚度高,控制简单;P副水平布置,动平台重力由导轨承担,丝杠轴向受力小,刚度好;相对于3-PRS两转一移机构,绕X和Y轴允许摆角大.文中建立了运动学方程,通过计算给出了位置反解和Jacobi矩阵,为速度分析和奇异性分析打下了基础.     

一种2T2R型并联机构的运动学分析及仿真

提出一种新型2T2R并联机构,该机构由静平台、动平台和连接两平台的两条PRS支链和两条PSS支链组成。基于螺旋理论对机构的自由度进行分析,并根据机构运动螺旋系、约束螺旋系和驱动螺旋系的线性相关性分析了机构的奇异位形;然后利用齐次坐标变换法建立机构的位姿方程,再通过对位姿态方程求导得出机构的速度、加速度正、逆解方程;最后给出数值算例,仿真结果验证了理论分析的正确性。     

平面二自由度并联机构的运动学和动力学研究

为了满足发光二极管电子封装设备的高速高精要求,设计出了二自由度平面并联机构(2-PPa并联机构)。该机构由一个动平台和两个对称分布的结构完全相同的支链组成,每个支链中都有一个移动副(驱动关节)和一个由平面平行四边形组成的特殊移动副。推导出该机构的运动学模型,根据性能指标确定其设计参数,并基于Euler-Lagrange方程建立该机构的动力学模型,最后通过算例仿真并分析了动平台按照一定轨迹规划运动时,两个移动副速度、加速度和驱动力的变化规律。结果表明:速度变化过程中,两个移动副的加速度和驱动力都较大,其方向相互对应。     

基于Kane方程的3UPS/S并联机构动力学研究

为了分析3UPS/S并联机构在并联转台中的动力学特性,采用Kane法建立该并联机构的动力学模型.选择一条具有代表性的运动轨迹,对支链的驱动力以及中央立柱对动平台的约束力进行仿真分析;给出了可以对动力学模型进行简化的方法,分析模型简化后对驱动力的影响.结果表明:3个支链驱动力的最大值基本相同,中央立柱的约束力中z向约束力最大,这是因为中央立柱在平衡驱动力的同时,还要对动平台起支撑作用.该研究工作为3UPS/S并联机构支链驱动系统的选取提供了参考,也为中央立柱的结构参数设计提供了理论依据.     

基于SimMechanics的4 UPS/PPU并联机构运动分析

基于构型演变,在4-UPS并联机构中,增加一条PPU从动支链,得到一种4-UPS/PPU并联机构,从动支链限制了运动平台一个转动和一个移动自由度。根据机构的输入、输出关系,建立了机构的运动关系方程,利用求导法,得到了机构的速度和加速度Jacobian矩阵。利用SimMechanics工具箱建立了机构运动仿真模型,在给定输入条件下,得到了运动平台随输入的位置、速度和加速度变化规律。结果表明:运动平台运行平稳,与理论计算吻合。     

基于RecurDyn的4-RPC冗余驱动并联机构的运动学求解

针对4-RPC冗余驱动并联机构进行了结构分析和运动学分析.运用齐次坐标变换公式推导出其运动学逆解,进而求出动平台质心按给定轨迹运动的各支链的运动规律.将在Pro/E中建立的4-RPC冗余驱动并联机构的模型导入RecurDyn中.然后,把由各支链运动规律生成的AKISPL驱动函数添加到该机构模型中,进行运动学仿真.测量出其位移和速度随时间变化曲线.最后,在Recur-Dyn中对动平台质心施加笛卡尔驱动(CMotion)进行仿真测定其位移和速度随时间变化曲线进行验证.结果表明,该机构运动学性能良好.     

一种3-RPPS六自由度并联机构运动学分析与仿真

提出了一种新型六自由度3-RPPS并联机构,并介绍了其解耦特性和参考坐标系。建立了机构的运动学模型,得到机构运动学的位姿和速度解析表达式;采用极坐标边界搜索法求解机构的工作空间并计算工作空间的体积。通过数值仿真,得到了给定动平台运动规律下,支链的长度和速度变化规律以及机构的定姿态位置工作空间和定位置姿态工作空间,并优化得到工作空间体积最大时结构参数的取值范围。     

三移一转并联机构运动学分析

为满足钢铁搬运行业的应用需求,提出了一种新型三移一转并联机构。该机构的每条分支包含驱动支链RPR和执行支链RPaPaR,其执行支链中的平行四边形铰链Pa具有封闭环结构特性,使机构有较大的刚度。借助螺旋理论分析了该并联机构的自由度。采用机构杆件之间的几何条件以及坐标变换求出机构的位置逆解,得到驱动杆件与动平台位姿的关系。根据钢铁搬运任务需求,使用五次多项式计算出动平台分段驱动函数,在仿真软件ADAMS中实现机构末端由初始到目标位置的轨迹规划,并由驱动杆的仿真数据与计算数据一致,验证了机构位置逆解数学模型的正确性。利用PID控制器搭建机构的位置控制模型,实现动平台的实际位置与理论位置轨迹的一致性。使用CAD变量几何法得到了机构的可达位置工作空间,并对其进行了分析,得出工作空间分布特点。     

基于SimMechanics的新型3UPU UPS并联机器人仿真研究

针对一种新型3UPUUPS并联机器人进行了运动学和动力学分析,建立该并联机器人的运动学及动力学模型,在此基础之上运用Mat Lab中的Sim Mechanics模块精确建立该并联机器人仿真模块。根据该并联机器人的运动情况设计动平台运动轨迹,经逆解模块产生各个支链的运动轨迹,设计PID驱动控制器驱动该并联机器人进行仿真。最后将数值计算与仿真结果进行对比分析,结果表明:该种方式建立的机械模型和控制均都符合实际系统特性,并且避开了并联机构平台复杂的建模过程,对其他并联机构有很大的借鉴意义。     

一种新型四自由度并联机构的动力学分析与仿真

采用增加约束从动支链限制运动平台自由度,同时减少驱动支链的方法,得到了一种新型四自由度并联机构。分析了该机构的运动自由度,建立了该机构运动构件的输入、输出关系方程,同时利用牛顿-欧拉法建立含驱动摩擦的机构动力学模型。对该机构进行运动轨迹规划,采用编程计算,得到了在两种不同运动轨迹条件下的机构各构件受力。最后利用Matlab的Sim Mechanics工具箱对该机构进行了动力学仿真,验证了该机构理论计算的正确性。     

六自由度并联机器人的运动学分析与仿真

基于动平台和定平台之间的矢量关系,推导出三杆六自由度并联机器人的运动学逆方程,并进一步分析了驱动杆的速度和加速度,并结合实例进行了计算机仿真。     

2RPU/2SPS并联机构工作空间及运动学分析

为获得2RPU/2SPS并联机构的工作空间和运动特性,基于拓扑结构方位特征集方程求解其自由度和方位特征集,利用空间坐标变换法和封闭矢量法建立位置反解方程。以蒙特卡洛法为基础,通过反解方程并利用MATLAB软件进行数值仿真得到工作空间,结果表明由于该机构具有对称性,使得工作空间呈现对称分布。运用ADAMS软件进行运动学仿真分析,得到动平台位移、速度、加速度随时间的变化曲线图且曲线呈现周期性变化,证明了该2RPU/2SPS并联机构具有良好的工作性能和应用价值     

基于跟踪微分器的移动机器人轨迹规划与跟踪控制研究北大核心

针对移动机器人的轨迹规划和轨迹跟踪控制问题,提出一种加速度和速度约束情况下,通过贝塞尔曲线拟合参考轨迹,再利用跟踪微分器规划平滑速度的轨迹规划新方法;基于Backstepping方法,建立机器人位姿误差方程并进行控制器的设计,同时分析了控制参数对轨迹跟踪性能的影响;将轨迹规划方法和控制算法结合,并在仿真平台和移动机器人实物平台上进行实验验证。实验结果验证了轨迹规划算法和控制器的可靠性及有效性,相比于未进行速度规划、速度不连续和滑模控制等方法,提出的方法控制平稳且有效减少了位姿误差。     

精炼钢包透气砖中喷粉颗粒的运动特性

在底喷粉条件下,通过考虑颗粒与气体之间的相互作用,对气/固两相流中的颗粒进行了受力分析.建立了描述颗粒在垂直流中的基本运动方程,确立了颗粒运动速度与时间及距离关系的解析式,发现颗粒经过极短时间或距离加速后进入速度增加缓慢的平缓区.为底喷粉工艺参数的制订及喷粉类透气砖的设计提供了理论依据.     

基于轨迹压缩的机器人轨迹插值与仿真

针对机器人关节空间轨迹插值中插值点选择的复杂性，以Delta机器人动平台门字形轨迹为研究对象，提出一种基于轨迹压缩的轨迹插值方法。采用PH曲线平滑过渡动平台运动轨迹拐角，将任意轨迹点位置以3个主动杆的转动角度表示，形成关节空间轨迹；将遗传算法与改进的TDTR算法结合，对主动杆转动关节的轨迹进行离线压缩，得出特征轨迹点，作为5次NUBRS的插值点进行轨迹插值；与按时间与距离均匀划分所得相同数目的轨迹点作为插值点，进行轨迹插值数据对比，证明基于轨迹压缩的轨迹插值，关节角速度与加速度的最大值降低。仿真对比表明，此方法降低了动平台的最大加速度。测试实验结果验证仿真结论，动平台运动平稳，进行循环拾取操作的速率可达50次/min,证明该方法在提高运动平稳性方面具有优越性。     

电-液混合驱动的步态模拟系统中非固定Stewart平台的逆动力学分析

针对足踝复合体在步态过程中生物力学特性的研究需求,设计一种基于非固定Stewart平台的电-液混合驱动的六自由度步态模拟系统。利用液压系统驱动Stewart平台的基座,拓展了平台在矢状面内沿步态前-后向的工作空间。对传统的基于牛顿-欧拉法(N-E法)的并联机构逆动力学建模方法进行优化,充分考虑了基座运动所引起的惯性力,完成了非固定Stewart平台的动力学建模。对典型步态模拟过程中非固定Stewart平台在足踝生物力学作用下的动力学特性进行了对比仿真,验证了所提出的建模方法的有效性。     

基于五次B样条的机械手关节空间平滑轨迹规划

为实现机械手作业轨迹平滑,关节轨迹的速度、加速度、加加速度保持连续,起始和停止的速度、加速度和加加速度可以任意配置,采用5次B样条曲线插值方法构造关节轨迹。推导了B样条曲线插值轨迹算法;通过VC++6.0开发平台,基于MFC框架类和OpenGL图形库仿真出机械手的运动过程,并绘制出各关节的位置、速度、加速度时间曲线图。仿真结果表明,该方法使机械手关节调整平滑且运动平稳,运动性能显著优于传统的三次样条轨迹规划。     

一种新型六自由度并联机器人设计

为了扩大并联机器人的工作空间,减少整体尺寸,设计一种新型的六自由度并联机器人,它由6个SPS支链连接动平台与滑块,滑块绕定平台旋转以改变动平台位姿。通过在静平台与动平台分别建立静坐标系与动坐标系得到变换矩阵,进而求得六自由度并联机器人的位姿反解,即每个滑块的位置。在得到此并联机器人位姿信息后将每个支链视为二力杆求出每个滑台的受力情况,进而计算得到此并联机器人各位姿驱动力。并提出一种通过线圈拖拽钕磁铁的驱动方式。该新型并联机器人具有Z轴转动不受限制的特点,极大地扩展了其运动范围,且相对常规并联机器人结构尺寸极大减少。     

三平动冗余驱动并联机床工作空间与运动学分析

以三平动非对称冗余驱动(3-2SPS)并联机床机构为研究对象,并对该机构进行工作空间和运动学分析。建立该机构的位置反解模型,并得到带约束条件的位置反解运动方程,利用边界数值搜索法,确定并联机构的工作空间。采用Matlab曲线拟合[1]确定杆长变化与动平台运动位姿关系方程,以此分析冗余驱动滑块位于不同位置状态下,每个杆长的速度、加速度。研究结果为3-2SPS非对称冗余驱动并联机构的实际应用提供了理论依据。     

微小程序段间速度平滑的指数加减速算法设计

为实现微小程序段间的速度平滑转接,提出基于微小程序段的指数加减速算法.该算法分析了指数加减速数学模型,并根据机床加工的离散周期特征,采用矢量转接算法原理求出机床的进给位移;通过预读转接角度、轮廓误差等数据控制微小程序段间的最大转接速度.实验证明,算法在满足加工精度的前提下,实现了微小程序段间速度平滑过渡,提高了数控加工的速度和效率.