并联机构工作空间与奇异位形综合研究

用矢量分析和几何分析的方法建立了平面3自由度并联机构工作空间的几何形状与结构参数的解析关系。将并联机构的奇异位形分为关节空间奇异和操作空间奇异,根据机构速度关系矩阵的特征,找出了机构全部的奇异位形,给出各种奇异位形的几何意义,得到极其简明的奇异位形的解析条件。采用MATLAB实例仿真,得到各类奇异位形在工作空间的轨迹和分布特征,提出确定机构无奇异位形最大工作空间的方法。     

并联机构运动干涉的判别方法

从纯几何的角度研究了平面3自由度并联机构工作空间的位置形状和大小与结构参数的解析关系,给出预估工作空间大小和判定机构运动可能性的方法。根据两构件的相互位置关系,用几何法分析了构件之间发生运动干涉的全部可能形式,建立了构件运动干涉判别的解析式。考虑机构每一分支所有可能的位置,提出机构运动干涉判别的准则和步骤。在算例中,以几何分析结合机构运动学反解方程,构造出求解机构整个位形工作空间的方法,在此基础上综合考虑了关节结构约束的限制和机构运动干涉对工作空间的影响。     

基于条件数的3-RTT并联机器人参数优化

采用基于各向同性条件数为目标函数，优化机构参数以最大化其运动学性能；运用归一化方法，在位置输入输出方程的基础上，分析了机构的轨迹。充分考虑机构的约束情况得到了机构的工作空间，分析了工作空间的几何性质；求出了机构的局部条件数表达式，以全域条件数为指标，采用数值方法进行优化研究；得到了机构的优化解即满足最大全域条件数时的机构结构参数，将优化结果运用到实例中，获得满足设计要求的结构参数。     

空间3-RPS并联机构工作空间与奇异位形分析

从空间3-RPS并联机构约束得到动平台位置坐标和姿态角之间的耦合关系,由此导出工作空间边界的解析式。用运动螺旋描述由运动关节连接的构件之间的相对运动,利用反螺旋的性质,得到分支运动螺旋系的反螺旋,它代表了分支对动平台的结构约束力。进而将机构发生奇异的条件转化为分析动平台运动螺旋系和约束螺旋系线性相关的条件,自然地将机构的奇异位形划分为运动学奇异和约束奇异,给出了两种奇异对机构性能影响的物理本质,并导出奇异位形的解析表达式。实例给出了奇异位形在工作空间的分布特征和对工作空间的分割状况。     

空间3自由度并联机构运动学分析

从机构运动副约束导出动平台位置和姿态参数之间的耦合关系,给出了描述机构位形的独立参数。将具有四面体结构的动平台等效地处理成一个平面三角形,大大减少了约束方程中未知数的个数,降低了位置正解求解的难度,得到机构位置的解析表示。针对动平台位置和姿态参数互不独立的特点,提出确定工作空间的准则,得到工作空间边界的解析表达式,导出了工作空间形状、位置和大小与机构结构参数的关系,这对机构的综合及动态性能优化是很有用处的。采用球坐标计算工作空间的体积,分析了关节结构约束对工作空间大小的影响。     

一种非对称并联机构的工作空间及其变化规律分析

对一种有奇异位形的二自由度并联机构进行工作空间分析。运用矢量封闭法对机构末端位置进行求解,推导出了机构末端的正反解表达式,并求得机构的雅可比矩阵。利用子空间叠加法求出理论工作空间,并讨论了反解不唯一、多种构型和奇异位形等因素对其空间形状的影响。分析了并联机构工作空间与各参数之间的关系,并以此为基础提出了工作空间逆向分析的概念,即从目标工作空间反求出机构参数。     

空间3-RPS并联机构运动学分析

从空间3-RPS并联机构关节约束导出动平台位置和姿态参数之间的耦合关系,给出了描述机构位形的独立参数也即广义坐标。利用运动等同性条件建立机构几何约束,得到机构位置反解方程,进一步将约束方程对时间求一阶和二阶导数建立构件之间的速度加速度关系,从而避免了在运动方程中出现复合关节变量,得到构件之间显格式的速度加速度传递关系。实例表明该种方法,具有计算效率高的优点,有利于机构学问题的快速求解和动态仿真。     

2自由度高速高精度并联机器人的运动学优化设计

提出一种基于工作空间综合和灵巧度、速度和几何精度等性能指标分析的2自由度并联机器人运动学优化设计方法,构造一种由灵巧度、运动速度和运动分辨率等变量组合而成的工作空间全局评价指标。优化过程分为两步进行：首先以灵巧度、力传递特性和避免奇异位形的几何条件为约束,综合出具有良好特性的工作空间,在此基础上研究不同杆长比下实现目标工作空间所需的尺度参数;然后根据全局运动学性能评价指标从第一步的优化结果中遴选出最合适的杆长比,从而实现了对机构的几何尺度参数优化。并给出了算例以说明方法的有效性。     

一种四自由度催化剂板搬运机器人研究

首先对催化剂板搬运机器人的结构进行了研究,给出了一种通过动平台带动平面六杆机构上下移动,转动座带动平面六杆机构水平转动的四自由度机器人的结构设计。为了便于研究,将平面六杆机构简化为了平面五杆机构,并对机构展开了运动学分析;接着探讨了平面五杆机构的奇异位型和结构参数问题,建立了约束条件;依据运动空间要求,建立了杆件参数之间的几何关系,采用正交试验法对设计参数进行了正交试验,对比分析了各试验因素对实验结果的影响,选取了优化解;将优化解带入约束条件,判断了其是否满足约束。最后将优化后的杆件参数带入了运动学方程,通过Matlab求解出了其运动空间范围,验证了设计参数的合理性。     

一种可重构四足移动机器人的几何约束及其抗倾覆能力

提出了一种在倾倒后具有自我恢复能力的四足并联移动机器人。该四足机器人的腿部结构由一种可重构空间六杆机构构成,该六杆机构由两个改进型球面五杆机构并联而成,具有两种不同的运动位形。其中,运动位形Ⅰ具有1R2T共3个自由度,满足四足机器人对腿部行走机构的自由度需求;运动位形Ⅱ具有2个自由度且工作空间很大,满足其翻身所需要的工作空间条件。运用螺旋理论对球面五杆机构和可重构六杆机构的两种运动位形进行了几何约束分析,这两种运动位形具有互锁性能。运用D-H法对可重构六杆机构进行了逆运动学分析并得到其工作空间,验证了四足机器人翻身的可实现性。分析了四足机器人在翻身时的步态,得出了其在倾倒后自我恢复时腿部电机转动角度与机器人机身重心的关系。在四足机器人的翻身过程中,其腿部的可重构六杆机构均处于运动位形Ⅱ。在Adams软件中验证了预设翻身步态的正确性与合理性。